DE102016107199B4 - Verbrennungsmaschine - Google Patents

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Abstract

Verbrennungsmaschine, aufweisend:einen Lader (101), der einen Druck einer der Brennkammer (5) zugeführten Luft verändern kann,einen variablen Ventilzeitmechanismus (B, C), der einen Ventilüberschneidungsbetrag eines Einlassventils (6) und eines Auslassventils (8) verändern kann,einen Katalysator (20), der in einer Auslasspassage angeordnet ist und Sauerstoff speichern kann,einen stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor (41), der an einer stromabwärtsgelegenen Seite des Katalysators (20) in einer Auslassströmungsrichtung angeordnet ist, und ein Luftkraftstoffverhältnis von ausströmendem Abgas, das von dem Katalysator (20) ausströmt, erfassen kann, undeine Spülsteuervorrichtung, die einen Spülbetrag durch Steuern des Ventilüberschneidungsbetrags durch den variablen Ventilzeitmechanismus (B, C) steuern kann, dadurch gekennzeichnet, dassdie Spülsteuervorrichtung den Ventilüberschneidungsbetrag reduziert, wenn sich ein durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor (41) erfasstes Luftkraftstoffverhältnis von einem niedrigeren als einem mager beurteilten Luftkraftstoffverhältnis, das magerer als ein stöchiometrisches Luftkraftstoffverhältnis ist, auf das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis oder mehr während dem Spülen verändert,wobei die Spülsteuervorrichtung:den Ventilüberschneidungsbetrag derart steuert (S3), dass der Spülbetrag (SSBA) ein oberer Grenzwert (L) oder weniger wird,den oberen Grenzwert senkt (S7), wenn während dem Spülen ein Luftkraftstoffverhältnis durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor (41) erfasst wird, welches das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis (AFlean) oder mehr ist, undden oberen Grenzwert beibehält (S5 -> S10) oder erhöht (S5 -> S11), wenn während dem Spülen kein Luftkraftstoffverhältnis durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor (41) erfasst wurde, welches das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis oder mehr ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungsmaschine.
  • Stand der Technik
  • Wenn eine Ventilüberschneidung auftritt, wenn der Druck im Inneren einer Einlassöffnung höher als der Druck im Inneren einer Auslassöffnung ist, wird Luft in einer Verbrennungsmaschine von der Einlasspassage durch den Zylinder zu der Auslasspassage geblasen, was als „Spülen“ bekannt ist. In einer Verbrennungsmaschine, die mit einem Lader, wie beispielsweise einem Turbolader, ausgebildet ist, wird ein Spülen absichtlich verursacht, wenn der Betrag von Ansaugluft ausreichend für das geforderte Moment ist. Durch ein Veranlassen des Spülens steigt der Betrag von Abgas und die Drehzahl der Turbine des Laders erhöht sich. Im Ergebnis steigt der Druck der Ansaugluft und der Betrag von Ansaugluft wird erhöht.
  • Bekannt ist eine Verbrennungsmaschine, die derart konfiguriert ist, dass sie einen Luftkraftstoffverhältnissensor in einer Auslasspassage der Verbrennungsmaschine ausbildet und den Betrag von Kraftstoff, der der Brennkammer der Verbrennungsmaschine zugeführt wird, derart steuert, dass die Ausgabe des Luftkraftstoffverhältnissensor mit einem Soll-Kraftstoffverhältnis übereinstimmt (beispielsweise ein stöchiometrisches Luftkraftstoffverhältnis (14,6)) (siehe beispielsweise die WO 2014 / 118 892 A1 ). Während dem Spülen wird in einer solchen Steuerung der Betrag von Kraftstoff, das der Brennkammer zugeführt wird, derart gesteuert, dass der Durchschnitt des Luftkraftstoffverhältnisses des Auslassgases, eingeschlossen die von der Einlasspassage durch den Zylinder zu der Auslasspassage geblasene bzw. strömende Luft, das Soll-Luftkraftstoffverhältnis wird. Weitere Steuervorrichtungen für eine Verbrennungskraftmaschine sind zudem Gegenstand der JP 2006 - 322 335 A , der JP 2014 - 25 355 A sowie der WO 2015 / 050 268 A1 . Eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Turbolader, einem variablen Ventilzeitmechanismus und einem Katalysator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist zudem aus der US 2009 / 0 050 119 A1 bekannt, die den nächstkommenden Stand der Technik bildet.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Technisches Problem
  • Wenn jedoch ein Spülen auftritt, verringert sich die Luft im Inneren des Zylinders aufgrund der ausgeblasenen Luft, so dass das Verbrennungsluftkraftstoffverhältnis im Zylinder fett wird. Wenn der Spülbetrag groß ist und der Fett-Grad des Verbrennungsluftkraftstoffverhältnisses höher wird, wird die Konzentration von Wasserstoff im Abgas höher. Wasserstoff ist in der Diffusionsgeschwindigkeit im Vergleich mit anderen Bestandteilen im Abgas in der Diffusionsregulierungsschicht des Luftkraftstoffverhältnissensors schneller, so dass es die Elektrodenfläche des Luftkraftstoffverhältnissensors schneller als diese anderen Bestandteile erreicht. Als Ergebnis wird die Elektrodenfläche des Luftkraftstoffverhältnissensors eine fette Umgebung und die Ausgabe des Luftkraftstoffverhältnissensors wird zu der fetten Seite ausgelenkt. Wenn ein Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses, auf Basis eines Luftkraftstoffverhältnisses zu der fetten Seite ausgelenkt wird bzw. abweicht, wird das aktuelle Auslassluftkraftstoffverhältnis magerer als das Soll-Luftkraftstoffverhältnis. Als Ergebnis sinkt die Effizienz eines Entfernens des unverbrannten Gases etc. an dem Auslassreinigungskatalysator und es ist zu erwarten, dass sich die Abgasemission verschlechtert.
  • Anstelle des Steuerns des Betrags von Kraftstoff, welcher der Brennkammer zugeführt wird, auf Basis der Ausgabe des Luftkraftstoffverhältnissensors durch eine Rückkopplung bzw. Feedback, wird der Betrag des der Brennkammer zugeführten Kraftstoffs manchmal derart gesteuert, dass ein Verhältnis von der Brennkammer zugeführtem Kraftstoff und Luft mit einem Soll-Luftkraftstoffverhältnis übereinstimmt (beispielsweise einem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis (14,6)). Selbst wenn jedoch eine solche Steuerung durchgeführt wurde, würde die während dem Spülen durch die Auslasspassage geblasene Luft und der unverbrannte Kraftstoff abwechselnd den Auslassreinigungskatalysator erreichen. Deswegen kann das Abgas bzw. Auslassgas nicht effizient in dem Auslassreinigungskatalysator gereinigt werden und es ist zu erwarten, dass sich die Abgasemission bzw. Auslassemission verschlechtern würde.
  • Je größer die Spülmenge, desto höher wird zudem die Wahrscheinlichkeit der Abgasemissionsverschlechterung, so dass überlegt werden kann einen oberen Grenzwert des Spülbetrags einzustellen, um so eine Verschlechterung der Abgasemission, welche das Spülen begleitet, zu verhindern. Ein Auslassreinigungskatalysator verschlechtert sich jedoch mit dem Verstreichen der Zeit. Die Reinigungseffizienz eines Auslassreinigungskatalysators neigt dazu sich allmählich mit der Verschlechterung des Auslassreinigungskatalysators zu verschlechtern. Wenn aus diesem Grund der obere Grenzwert der Spülmenge unter Berücksichtigung der Reinigungseffizienz eines verschlechterten Auslassreinigungskatalysators eingestellt wird, wird der obere Grenzwert ein extrem kleiner Betrag. Als Ergebnis ist es, selbst in der Zeitspanne bevor sich der Auslassreinigungskatalysator verschlechtert hat, nicht möglich einen ausreichenden Betrag des Spülens zu veranlassen, der mit dem angeforderten Moment übereinstimmt.
  • In Anbetracht des obigen Problems ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Verbrennungsmaschine zu schaffen, welche eine Verschlechterung der Abgasemission verhindern kann, welche das Spülen begleitet, ohne die Spülmenge übermäßig zu beschränken. Diese Aufgabe wird gelöst mit der Verbrennungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1, vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Lösung des Problems
  • Um das obige Problem zu lösen wird gemäß Anspruch 1 eine Verbrennungsmaschine vorgeschlagen, die aufweist: einen Lader, der einen Druck von Luft, welche der Brennkammer zugeführt wird, verändern kann, einen variablen Ventilzeitmechanismus, der einen Ventilüberschneidungsbetrag eines Einlassventils und eines Auslassventils verändern kann, einen Katalysator, der in einer Auslasspassage angeordnet ist und Sauerstoff speichern kann, einen stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor, der an einer stromabwärtsgelegenen Seite des Katalysators in einer Auslassströmungsrichtung angeordnet ist und ein Luftkraftstoffverhältnis von ausströmenden Abgas, das von dem Katalysator ausströmt, erfassen kann, und eine Spülsteuervorrichtung, die einen Spülbetrag durch Steuern des Ventilüberschneidungsbetrags durch den variablen Ventilzeitmechanismus steuern kann. Die Spülsteuervorrichtung reduziert den Ventilüberschneidungsbetrag, wenn sich ein Luftkraftstoffverhältnis, das von dem stromabwärtsseitigem Luftkraftstoffsensor erfasst wird, von einem weniger als einem mager beurteilten Luftkraftstoffverhältnis, das magerer als ein stöchiometrisches Luftkraftstoffverhältnis ist, auf das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis oder mehr während dem Spülen verändert. Hierbei steuert die Spülsteuer¬vorrichtung den Ventilüberschneidungsbetrag derart, dass der Spülbetrag ein oberer Grenzwert oder weniger wird, senkt den oberen Grenzwert, wenn während dem Spülen ein Luftkraftstoffverhältnis durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor erfasst wird, welches das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis oder mehr ist, und behält den oberen Grenzwert bei oder erhöht diesen, wenn während dem Spülen kein Luftkraftstoffverhältnis durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor erfasst wurde, welches das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis oder mehr ist.
  • Die Verbrennungsmaschine weist gemäß einem weiteren Aspekt zudem einen stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor auf, der an einer stromaufwärtsgelegenen Seite des Katalysators in der Auslassströmungsrichtung angeordnet ist und ein Luftkraftstoffverhältnis von einströmenden Abgas, das in den Katalysator strömt, erfassen kann und eine Luftkraftstoffverhältnissteuervorrichtung, die einen Betrag von der Brennkammer zugeführtem Kraftstoff durch eine Feedbacksteuerung bzw. Rückkopplungssteuerung derart steuert, dass ein durch den stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoff-verhältnissensor erfasstes Luftkraftstoffverhältnis mit einem Soll-Luftkraftstoffverhältnis in der ersten Erfindung übereinstimmt.
  • In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Soll-Kraftstoffverhältnis abwechselnd auf ein fett eingestelltes Luftkraftstoffverhältnis, das fetter als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist, und ein mager eingestelltes Luftkraftstoffverhältnis eingestellt, das magerer als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist, und die Luftkraftstoff-verhältnissteuervorrichtung wechselt das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis, wenn ein durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor erfasstes Luftkraftstoffverhältnis ein fett beurteiltes Luftkraftstoffverhältnis wird, das fetter als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist, oder in der Fett-Steuerung weniger wird, in welcher das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf das fett eingestellte Luftkraftstoffverhältnis eingestellt ist, und wechselt das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf des fett eingestellte Luftkraftstoffverhältnis, wenn geschätzt wird, dass der Sauerstoffspeicherbetrag des Katalysators ein Wechselreferenzspeicherbetrag wird, der kleiner als ein maximal speicherbarer Sauerstoffbetrag ist, oder in der Mager-Steuerung mehr wird, in welcher das Soll-Kraftstoffverhältnis auf das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis eingestellt wird in der zweiten Erfindung.
  • In einem weiteren Aspekt de Erfindung erhöht die Spülsteuervorrichtung den oberen Grenzwert, wenn ein Luftkraftstoffverhältnis des mager oder mehr beurteilen Luftkraftstoffverhältnisses nicht durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor erfasst wurde, unabhängig ob der Ventilüberschneidungsbetrag derart gesteuert wurde, dass der Spülbetrag der obere Grenzwert wird, in der vierten Erfindung.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungsmaschine vorgeschlagen, welche eine Verschlechterung der Abgasemission, welche ein Spülen begleitet, ohne ein übermäßiges Beschränken des Spülbetrags verhindern kann.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Ansicht einer Verbrennungsmaschine in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist eine Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einem Sauerstoffspeicherbetrag eines Auslassreinigungskatalysators und einer NOx Konzentration oder HC und CO Konzentration in dem Abgas, das aus dem Auslassreinigungskatalysator ausströmt, darstellt.
    • 3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Luftkraftstoffverhältnissensors.
    • 4 ist eine Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einer Sensoraufgebrachtenspannung und Ausgabestrom bei unterschiedlichen Auslassluftkraftstoffverhältnissen darstellt.
    • 5 ist eine Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einem Auslassluftkraftstoffverhältnis und einem Ausgabestrom darstellt, wenn eine Sensoraufgebrachtespannung konstant gehalten wird.
    • 6 ist ein Zeitdiagramm eines Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrags in Bezug auf ein Soll-Luftkraftstoffverhältnis etc..
    • 7 ist eine Ansicht, die schematisch ein Beispiel einer Öffnungszeitspanne eines Auslassventils und eines Einlassventils darstellt.
    • 8 ist ein Zeitdiagramm eines Luftkraftstoffverhältniskorrigierbetrags etc. während dem Spülen.
    • 9 ist ein Zeitdiagramm eines angeforderten Spülbetrags etc. in dem Fall eines Durchführens der Steuerung des Spülbetrags in der vorliegenden Ausführungsform.
    • 10 ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerprogramm einer Steuerung des Spülbetrags in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Nachfolgend werden mit Bezug auf die Zeichnungen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail erklärt. Es sei angemerkt, dass in der nachfolgenden Erklärung gleiche Bestandelemente den gleichen Bezugszeichen zugeordnet sind.
  • Erklärung der Verbrennungsmaschine als Ganzes
  • 1 ist eine schematische Ansicht einer Verbrennungsmaschine 100 in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Verbrennungsmaschine 100 ist mit einem Maschinenkörper 1 ausgebildet, welcher einen Zylinderblock 2 und einen Zylinderkopf 4 enthält. Im Inneren des Zylinderblocks 2 sind Kolben 3 angeordnet, welche sich im Inneren des Zylinderblocks 2 hin und her bewegen. Die Verbrennungsmaschine 100 weist eine Mehrzahl von Zylinder auf.
  • Eine Brennkammer 5 ist für jeden Zylinder zwischen dem Kolben 3 und dem Zylinderkopf 4 ausgebildet. Der Zylinderkopf 4 ist mit Einlassöffnungen 7 und Auslassöffnungen 9 ausgebildet. Die Einlassöffnungen 7 und Auslassöffnungen 9 sind mit den Brennkammern 5 verbunden. Ein Einlassventil 6 ist an einem Endteil jeder Einlassöffnung 7 angeordnet und derart ausgebildet, um die Einlassöffnung 7 öffnen und schließen zu können. Ein Auslassventil 8 ist an einem Endteil jeder Auslassöffnung 9 angeordnet und ist derart ausgebildet, um die Auslassöffnung 9 öffnen und schließen zu können. Zudem ist die Verbrennungsmaschine 100 mit einem variablen Ventilzeitmechanismus B ausgebildet, welcher den Öffnungszeitpunkt und den Schließzeitpunkt jedes Einlassventils 6 steuern kann, und einem variablen Ventilzeitmechanismus C, welcher den Öffnungszeitpunkt und den Schließzeitpunkt jedes Auslassventils 8 steuern kann.
  • Die Verbrennungsmaschine 100 besteht aus Einspritzventilen 11 zum Zuführen von Kraftstoff zu der Brennkammer 5 und Zündkerzen 10 zum Zünden des Luftkraftstoffgemischs in der Brennkammer 5. Die Zündkerzen 10 sind an dem Zylinderkopf 4 befestigt. Die Einspritzventile 11 sind an Umfangsteilen der Innenwandflächen im Zylinderkopf 4 derart angeordnet, um direkt Kraftstoff in die Brennkammern 5 einzuspritzen. D.h., die Verbrennungsmaschine 100 ist eine Verbrennungsmaschine vom Zylindereinspritztyp. Die Verbrennungsmaschine 100 verwendet zudem Kraftstoff, der aus Benzin besteht, welches ein stöchiometrisches Luftkraftstoffverhältnis von 14,6 aufweist. In der Verbrennungsmaschine 100 kann jedoch auch ein anderer Kraftstoff verwendet werden.
  • Die Verbrennungsmaschine 100 ist mit einem Lader ausgebildet, der aus einem Turbolader 101 besteht. Der Turbolader 101 enthält eine Turbine 102, welche in der Auslasspassage angeordnet ist, einen Kompressor 103, welcher in der Einlasspassage bzw. Ansaugpassage angeordnet ist, und eine Welle, welche die Turbine 102 und den Kompressor 103 verbindet. Wenn die Strömung des Abgases die Turbine 102 veranlasst zu drehen, dreht der Kompressor 103 auch und erhöht den Druck der Einlassluft bzw. Ansaugluft. Daher verwendet der Turbolader 101 die Energie des Abgases, um die Ansaugluft zu verdichten, um den Ansaugluftbetrag zu erhöhen.
  • Die Einlassöffnung bzw. Ansaugöffnung 7 jedes Zylinders ist über ein entsprechendes Einlassrohr bzw. Ansaugrohr 13 mit einem Ausgleichstank 14 verbunden. Der Ausgleichstank 14 ist über eine Einlassleitung bzw. Ansaugleitung 15 mit einem Auslassteil des Kompressors 103 des Turboladers 101 verbunden. Im Inneren der Einlassleitung 15, welche den Spültank 14 und den Kompressor 103 verbindet, ist ein Drosselventil 18 angeordnet, welches durch einen Drosselventilantriebsaktuator 17 betrieben wird. Das Drosselventil 18 kann die Öffnungsfläche der Einlasspassage durch ein Drehen, das durch den Drosselventiltriebaktuator 17 veranlasst wird, verändern. Zudem ist in der Einlassleitung 15 zwischen dem Kompressor 103 und dem Drosselventil 18, ein Kühler (Zwischenkühler) 106 angeordnet, welcher die Ansaugluft kühlt, welche durch den Turbolader 101 verdichtet wird.
  • Ein Einlassteil des Kompressors 103 ist durch die Einlassleitung 15 mit einem Luftfilter 48 verbunden. Im Inneren der Einlassleitung 15 ist zwischen dem Luftfilter 48 und dem Kompressor 103 ein Luftdurchflussmesser 16 angeordnet, welcher den Betrag der Ansaugluft erfasst. Eine Einlassöffnung 7, Einlassrohr 13, Einlassleitung 15, etc. definieren eine Einlasspassage, welche Luft der Brennkammer 5 zuführt.
  • Auf der anderen Seite ist die Auslassöffnung 9 jedes Zylinders mit einem Auslasssammelrohr 19 verbunden. Das Auslasssammelrohr 19 weist eine Mehrzahl von Kanälen auf, welche mit den Auslassöffnungen 9 und einem Grundrohr verbunden sind, an dem diese Kanäle zusammenlaufen. Das Grundrohr des Auslasssammelrohrs 19 ist mit der Einlassöffnung der Turbine 102 des Turboladers 101 verbunden. Das Auslassteil der Turbine 102 ist durch eine Auslassleitung 22 mit einem stromaufwärtsseitigem Gehäuse 21 verbunden. Das stromaufwärtsseitige Gehäuse 21 weist einen stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysator 20 auf, der darin eingebaut ist. Das stromaufwärtssteige Gehäuse 21 ist durch die Auslassleitung 22 mit einem stromabwärtsseitigem Gehäuse 23 verbunden. Das stromabwärtsseitige Gehäuse 23 weist einen stromabwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysator 24 auf, der darin eingebaut ist. Eine Auslassöffnung 9, Auslasssammelrohr 19, Auslassleitung 22, etc. definieren eine Auslasspassage, welche das Abgas auslässt, welches aufgrund der Verbrennung des Luftkraftstoffgemischs von einer Brennkammer 5 entsteht.
  • Im Inneren der Auslassleitung 22 ist zwischen der Turbine 102 und dem stromaufwärtsseitigem Gehäuse 21 zudem ein stromaufwärtsseitiger Luftkraftstoffverhältnissensor 40 angeordnet, welcher das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases erfasst, das durch das Innere der Auslassleitung 22 strömt (d.h., das Abgas, welches in den stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysator 20 strömt). Im Inneren der Auslassleitung 22 ist zudem zwischen dem stromaufwärtsseitigen Gehäuse 21 und dem stromabwärtsseitigem Gehäuse 23 ein stromabwärtsseitiger Luftkraftstoffsensor 41 angeordnet, welcher das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases erfasst, das durch das Innere der Auslassleitung 22 strömt (d.h., das Abgas, welches aus dem stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysator 20 strömt und in den stromabwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysator 24 einströmt).
  • Zwischen dem Auslasssammelrohr 19 stromaufwärts der Turbine 102 und der Auslassleitung 22 stromabwärts der Turbine 102 ist eine Bypasspassage 104 bzw. Nebenpassage 104 angeordnet, welche die Turbine 102 umgeht. In der Bypasspassage 104 ist ein Bypassventil angeordnet, welche die Bypasspassage 104 öffnet und schließt, das durch ein Wastegateventil bzw. Ladedruckregelventil 105 gebildet ist. Durch Anpassen des Öffnungsgrad des Wastegateventils 105 kann der Betrag des Abgases, welches durch die Turbine 102 läuft, angepasst werden. Durch Steuern des Wastegateventils 105 kann daher der Druck der Ansaugluft (Ladedruck) gesteuert werden. Es sei angemerkt, dass das Laderdrucksteuermittel, welches verwendet wird, um den Laderdruck zu steuern, irgendein Mechanismus neben einem Wastegateventil 105 sein kann.
  • Die Verbrennungsmaschine 100 ist mit einem Druckerfassungsmittel zum Erfassen des Laderdrucks ausgebildet. Das Druckerfassungsmittel ist beispielsweise ein Laderdrucksensor 50. Der Ladedrucksensor 50 ist in der Einlasspassage an der Stromabwärtsseite des Drosselventils 18 angeordnet. Es sei angemerkt, dass der Laderdruck aus dem Betriebszustand etc. der Verbrennungsmaschine 100 geschätzt werden kann.
  • Die Verbrennungsmaschine 100 ist mit einer elektronischen Steuereinheit 31 (ECU) ausgebildet, welche einen digitalen Computer aufweist. Die ECU 31 enthält Bestandteile, welche miteinander über bidirektionale Busse 32 verbunden sind, wie einen RAM (Arbeitsspeicher) 33, einen ROM (Festwertspeicher) 34, eine CPU (Mikroprozessor) 35, eine Eingabeschnittstellte 36, und eine Ausgabeschnittstelle 37.
  • Das Ausgabesignal des Luftdurchflussmessers 16 wird durch einen entsprechenden AD Wandler (Analog-Digital Wandler) 38 in die Eingabeschnittstelle 36 eingegeben. Die Verbrennungsmaschine 100 ist mit einem Gaspedal 42 ausgebildet. Das Gaspedal 42 weist einen Lastsensor 43 auf, der mit diesem verbunden ist. Der Lastsensor 43 erzeugt eine Ausgabespannung, welche proportional zu dem Niederdruckbetrag des Gaspedals 42 ist. Die Ausgabespannung des Lastsensors 43 wird durch einen entsprechenden AD Wandler 38 in die Eingabeschnittstellte 36 eingegeben.
  • Die Verbrennungsmaschine 100 ist mit einem Kurbelwinkelsensor 44 ausgebildet. Der Kurbelwinkelsensor 44 erzeugt beispielsweise immer dann, wenn der Kurbelwinkel um einen vordefinierten Winkel rotiert, eine Pulsausgabe. Die Pulsausgabe wird in die Eingabeschnittstelle 36 eingegeben. In der CPU 35 wird die Drehzahl aus der Pulsausgabe dieses Kurbelwinkelsensors 44 berechnet. Zudem kann die Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 44 verwendet werden, um den Kurbelwinkel zu erfassen. Die Ausgabe des Laderdrucksensors 50 und der Luftkraftstoffverhältnissensoren 40 und 41 werden jeweils durch entsprechende AD Wandler 38 in die Eingabeschnittstelle 36 eingegeben.
  • Die Ausgabeöffnung 37 der ECU 31 ist durch entsprechende Antriebskreise 45 mit den Zündkerzen 10, den Einspritzdüsen 11, den Drosselventiltriebaktuatoren 17, dem Wastegateventil 105 und variablen Ventilzeitmechanismen B und C verbunden. Die ECU 31 kann die Zündzeitpunkte der Zündkerzen 10, die Kraftstoffeinspritzzeitpunkte und Kraftstoffeinspritzmengen der Einspritzdüsen 11, den Öffnungsgrad des Drosselventils 18, den Öffnungsgrad des Wastegateventils 105, die Öffnungszeitpunkte und die Schließzeitpunkte der Einlassventile 6, und die Öffnungszeitpunkte und Schließzeitpunkte des Auslassventile 8 steuern.
  • Erklärung des Auslassreinigungskatalysators
  • Der stromaufwärtsseitige Auslassreinigungskatalysator 20 und der stromabwärtsseitige Auslassreinigungskatalysator 24 weist ähnliche Konfigurationen auf. Die Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24 sind Drei-Wege-Katalysatoren, welche Sauerstoffspeicherfähigkeiten aufweisen. Die Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24 bestehen genauer aus Trägern, welche aus Keramik auf dem Edelmetall, welches eine katalytische Wirkung aufweist (beispielsweise Platin (Pt)) und eine Substanz, welche eine Sauerstoffspeicherfähigkeit aufweist, (beispielsweise Cerium (CeO2)) getragen werden. Die Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24 zeigen eine katalytische Wirkung von gleichzeitigem Entfernen von unverbrannten Gas (HC, CO, etc.) und Stickoxiden (NOx), wenn eine vordefinierte Aktivierungstemperatur erreicht wird, und zudem eine Sauerstoffspeicherfähigkeit.
  • Gemäß der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24 speichern die Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24 den Sauerstoff in dem Auslassgas, wenn das Luftkraftstoffverhältnis des Auslassgases, welche in die Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24 strömt, magerer als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist (mageres Luftkraftstoffverhältnis). Auf der anderen Seite geben die Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24 den Sauerstoff frei, welcher in den Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24 gespeichert wird, wenn das einströmende Abgas ein Luftkraftstoffverhältnis aufweist, welches fetter ist als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis (fettes Luftkraftstoffverhältnis).
  • Die Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24 weisen eine katalytische Wirkung und eine Sauerstoffspeicherfähigkeit auf und haben dadurch die Wirkung NOx und unverbranntes Gas gemäß des gespeicherten Sauerstoffbetrags zu entfernen. D.h., wie in 2A dargestellt, wenn das Luftkraftstoffverhältnis von Abgas, welche in die Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24 strömt, das magere Luftkraftstoffverhältnis ist, wenn der gespeicherte Betrag von Sauerstoff klein ist, speichern die Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24 den Sauerstoff im Abgas. Zusammen mit diesem wird zudem das NOx im Abgas durch die Reduktion entfernt. Wenn der gespeicherte Betrag von Sauerstoff größer wird, steigt zudem im Abgas, welche aus den Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24 strömt, die Konzentration von Sauerstoff und NOx schnell auf einen bestimmten gespeicherten Betrag in der Nähe des maximal speicherbaren Sauerstoffbetrags Cmax (in der Figur, Cuplim) an.
  • Wie in 2B gezeigt, wenn das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases, welcher in die Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24 strömt, das fette Luftkraftstoffverhältnis ist, wenn der gespeicherte Betrag von Sauerstoff groß ist, wird der Sauerstoff, welcher in den Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24 gespeichert ist, ausgelassen und das unverbrannte Gas im Abgas wird durch eine Oxidation entfernt. Wenn zudem der gespeicherte Betrag von Sauerstoff klein wird, steigt im Abgas, welches aus den Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24 ausströmt, schnell die Konzentration des unverbrannten Gases zu einem bestimmten gespeicherten Betrag nahe null an (in der Figur Clowlim).
  • Gemäß der Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24, welche in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden, verändert sich die Charakteristik des Entfernens von NOx und unverbranntem Gas im Abgas in Abhängigkeit des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases, welches in die Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24 strömt, und dem gespeicherten Betrag von Sauerstoff. Es sei angemerkt, dass, solange die Auslassreinigungskatalysatoren 20 und 24 eine katalytische Wirkung und eine Sauerstoffspeicherfähigkeit aufweisen, die Katalysatoren auch von dem Drei-Wege-Katalysator verschieden sein können.
  • Konfiguration des Luftkraftstoffverhältnissensors
  • Anschließend wird mit Bezug auf 3 die Konfiguration der Luftkraftstoffverhältnissensoren 40 und 41 in der vorliegenden Ausführungsform erklärt. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht der Luftkraftstoffverhältnissensoren 40 und 41. Wie aus 3 ersichtlich sind die Luftkraftstoffverhältnissensoren 40 und 41 in der vorliegenden Ausführungsform Luftkraftstoffverhältnissensoren vom Einzelzelltyp, welche je aus einer Festelektrolytschicht und einem Paar aus Elektroden bestehen, welche eine Einzelzelle bilden.
  • Wie in 3 gezeigt, ist jeder der Luftkraftstoffverhältnissensoren 40 und 41 mit einer Festelektrolytschicht 51, einer auslassseitigen Elektrode (erste Elektrode) 52, welche an einer Seitenfläche der Festelektrolytschicht 51 ausgebildet ist, einer umgebungsseitigen Elektrode (zweite Elektrode) 53, welche an der anderen Seitenfläche der Festelektrolytschicht 51 ausgebildet ist, einer Diffusionsregulierschicht 54, welche die Diffusion des passierenden Abgases reguliert, einer Schutzschicht 55, welche die Diffusionsregulierschicht 54 schützt, und einem Erwärmteil 56, welches den Luftkraftstoffverhältnissensor 40 oder 41 erwärmt, ausgebildet.
  • Auf einer Seitenfläche der Festelektrolytschicht 51 ist die Diffusionsregulierschicht 54 ausgebildet. Auf der anderen Seitenfläche der Diffusionsregulierschicht 54 ist an der gegenüberliegenden Seite der Seitenfläche der Festelektrolytschicht 51 eine Schutzschicht 55 ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Gasmesskammer 57 zwischen der Festelektrolytschicht 51 und der Diffusionsregulierschicht 54 ausgebildet. In dieser Gasmesskammer 57 wird das Gas durch die Luftkraftstoffsensoren 40 und 41 erfasst, d.h., das Abgas wird durch die Diffusionsregulierschicht 54 eingeleitet. Zudem ist die auslassseitige Elektrode 52 im Inneren der Gasmesskammer 57 angeordnet, wodurch die auslassseitige Elektrode 52 dem Abgas durch die Diffusionsregulierschicht 54 ausgesetzt ist. Es sei angemerkt, dass die Gasmesskammer 57 nicht notwendigerweise ausgebildet sein muss. Die Diffusionsregulierschicht 54 kann direkt die Fläche der auslassseitigen Elektrode 52 berühren.
  • Auf der anderen Seitenfläche der Festelektrolytschicht 51 ist der Heizkörperteil 56 ausgebildet. Zwischen der Festelektrolytschicht 51 und dem Heizkörperteil 56 ist eine Referenzgaskammer 58 ausgebildet. Im Inneren dieser Gasreferenzkammer 58 wird ein Referenzgas eingeleitet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Referenzgaskammer 58 zu der Umgebung offen. Daher wird im Inneren der Referenzgaskammer 58 die Umgebung bzw. Atmosphäre als das Referenzgas eingeleitet. Die umgebungsseitige Elektrode 53 ist im Inneren der Referenzgaskammer 58 angeordnet, wodurch die umgebungsseitige Elektrode 53 dem Referenzgas (Referenzumgebung bzw. Referenzatmosphäre) ausgesetzt ist.
  • Das Heizkörperteil 56 ist mit einer Mehrzahl von Heizkörpern bzw. Wärmeelementen 59 ausgebildet. Diese Heizkörper 59 können verwendet werden, um die Temperatur des Luftkraftstoffverhältnissensors 40 oder 41, insbesondere die Temperatur der Festelektrolytschichten 51 zu steuern. Das Heizkörperteil 56 weist eine ausreichende Wärmeerzeugungskapazität auf um die Festelektrolytschicht 51 bis zur Aktivierung dieser zu erwärmen.
  • Die Festelektrolytschicht 51 wird durch einen gesinterten Körper aus ZrO2 (Zirkonium), HfO2, ThO2, Bi2O3 oder einem anderen Sauerstoffionen leitendem Oxid gebildet, in dem CaO, MgO, Y2O3, Yb2O3, etc. als ein Stabilisator gemischt ist. Die Diffusionsregulierschicht 54 ist zudem durch einen porös gesinterten Körper aus Aluminium, Magnesium, Silizium, Spinell, Mullit oder einer anderen wärmeresistenten anorganischen Substanz gebildet. Zudem ist die auslassseitige Elektrode 52 und umgebungsseitige Elektrode 53 durch Platin oder ein anderes Edelmetall mit einer hohen katalytischen Wirkung gebildet.
  • Zwischen der auslassseitigen Elektrode 52 und der umgebungsseitigen Elektrode 53 wird zudem eine Sensorspannung Vr durch die Spannungszufuhrvorrichtung 60 zugeführt, welche an der ECU 31 befestigt ist. Zudem ist die ECU 31 mit einer Stromerfassungsvorrichtung 61 ausgebildet, welche den Strom erfasst, welcher zwischen diesen Elektroden 52 und 53 durch die Festelektrolytschicht 51 strömt, wenn die Spannungszufuhrvorrichtung 60 die Sensorspannung Vr zuführt. Der durch diese Stromerfassungsvorrichtung 61 erfasste Strom ist der Ausgabestrom der Luftkraftstoffverhältnissensoren 40 und 41.
  • Die derart konfigurierten Luftkraftstoffverhältnissensoren 40 und 41 weisen die Spannungs-Strom (V-I) Charakteristik auf, wie sie in 4 dargestellt ist. Wie aus 4 ersichtlich wird, wird der Ausgabestrom 1 größer, je höher das Auslassluftkraftstoffverhältnis wird (je magerer). An der Linie V-I jedes Auslasskraftstoffverhältnisses ist zudem eine Region, die parallel der V-Achse ist, d.h., eine Region, in der sich der Ausgabestrom nicht viel verändert, selbst wenn sich die Sensorspannung ändert. Diese Spannungsregion wird die „Grenzstromregion“ genannt. Der Strom zu dieser Zeit wird der „Grenzstrom“ genannt. In 4 werden die Grenzstromregion und der Grenzstrom dargestellt, wenn das Auslasskraftstoffverhältnis 18 ist, wie durch W18 und I18 dargestellt.
  • 5 ist eine Ansicht, welche das Verhältnis zwischen dem Auslassluftkraftstoffverhältnis und dem Ausgabestrom I darstellt, wenn die zugeführte Spannung bei etwa 0,45V konstant gehalten wird. Wie aus 5 ersichtlich ist in den Luftkraftstoffverhältnissensoren 40 und 41 je höher das Auslassluftkraftstoffverhältnis ist (d.h., je magerer), desto größer ist der Ausgabestrom I von den Luftkraftstoffverhältnissensoren 40 und 41. Zudem sind die Luftkraftstoffverhältnissensoren 40 und 41 derart konfiguriert, dass der Ausgabestrom I null wird, wenn das Auslassluftkraftstoffverhältnis das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist. Demzufolge können die Luftkraftstoffverhältnissensoren 40 und 41 kontinuierliche (linear) das Auslassluftkraftstoffverhältnis erfassten. Wenn zudem das Auslassluftkraftstoffverhältnis in einem bestimmten Ausmaß oder mehr größer wird, oder wenn es in einem bestimmten Ausmaß oder mehr kleiner wird, wird das Verhältnis von der Änderung des Ausgabestroms zu der Änderung des Auslasskraftstoffverhältnisses kleiner.
  • In dem obigen Beispiel werden als die Luftkraftstoffverhältnissensoren 40 und 41, Luftkraftstoffverhältnissensoren vom Grenzstromtyp der Struktur verwendet, welche in 3 dargestellt ist. Für die Luftkraftstoffsensoren 40 und 41 ist es jedoch beispielsweise auch möglich Luftkraftstoffverhältnissensoren vom Gefäßtyp-Grenzstromtyps oder einer anderen Struktur eines Luftkraftstoffverhältnissensors vom Grenzstromtyp oder einen Luftkraftstoffverhältnissensor von keinem beschränktem Grenzstromtyp oder irgendeinen anderen Luftkraftstoffverhältnissensor zu verwenden.
  • Grundluftkraftstoffverhältnissteuerung
  • Nachfolgend wird ein Umriss der Grundluftkraftstoffverhältnissteuerung in einer Steuervorrichtung einer Verbrennungsmaschine der vorliegenden Erfindung erklärt werden. Die Verbrennungsmaschine weist zudem eine Luftkraftstoffsteuervorrichtung auf. Die Luftkraftstoffverhältnissteuervorrichtung steuert den Kraftstoffbetrag, welcher der Brennkammer 5 zugeführt wird, d.h., den Kraftstoffeinspritzbetrag von der Einspritzdüse 11 durch Feedback bzw. Rückkopplung auf Basis des Ausgabeluftkraftstoffverhältnisses des stromaufwärtsseitigem Luftkraftstoffverhältnissensors 40, so dass das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis des stromaufwärtsseitigem Luftkraftstoffverhältnissensors 40 das Soll-Luftkraftstoffverhältnis wird. Es sei angemerkt, dass das „Ausgabeluftkraftstoffverhältnis“ das Luftkraftstoffverhältnis bedeutet, welches dem Ausgabewert des Luftkraftstoffverhältnissensors entspricht.
  • Auf der anderen Seite wird in der vorliegenden Ausführungsform die Steuerung zum Einstellen des Sollkraftstoffverhältnisses auf Basis des Ausgabestroms des stromabwärtsseitigem Luftkraftstoffverhältnissensors 41 etc. durchgeführt. In der Steuerung des Einstellens des Soll-Luftkraftstoffverhältnisses, wenn der Ausgabestrom des stromabwärtsseitigem Luftkraftstoffverhältnissensors 41 ein fettes Luftkraftstoffverhältnis wird, wird das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf ein mageres Luftkraftstoffverhältnis eingestellt. Danach wird es bei diesem Luftkraftstoffverhältnis gehalten. In dieser Hinsicht ist das „mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis“ ein vordefiniertes Luftkraftstoffverhältnis, welches magerer als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis (Luftkraftstoffverhältnis, das als ein Zentrum der Steuerung fungiert) um einen bestimmten Betrag ist, und ist etwa beispielsweise 14,65 bis 20, bevorzugter 14,65 bis 18, noch bevorzugter 14,65 bis 16. Zudem kann das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis als ein Luftkraftstoffverhältnis des Luftkraftstoffverhältnisses ausgedrückt werden, welches das Zentrum der Steuerung bildet (in der vorliegenden Ausführungsform das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis) plus einem Mager-Korrekturbetrag. In der vorliegenden Ausführungsform wird zudem, wenn das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis des stromabwärtsseitigem Luftkraftstoffverhältnissensors 41 ein fett beurteiltes Luftkraftstoffverhältnis wird (beispielsweise 14,55), welche unwesentlich fetter als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist, oder weniger, beurteilt, dass das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis des stromabwärtsseitigem Luftkraftstoffverhältnissensors 41 das fette Luftkraftstoffverhältnis geworden ist.
  • Wenn das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis geändert wird, wird der/das Sauerstoffüberschuss/-defizit des Abgases, welches in den stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysator 20 strömt (unten vereinfacht als „einströmendes Abgas“ bezeichnet) kumulativ addiert. Das/Der „Sauerstoffüberschuss/-defizit“ bedeutet, dass der Sauerstoff überschüssig wird oder, dass der Sauerstoff mangelt bzw. zu wenig wird (Betrag des übermäßig unverbrannten Gases etc.), wenn versucht wird, das Luftkraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases zu dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis zu machen. Insbesondere, wenn das Soll-Luftkraftstoffverhältnis das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis ist, wird das einströmende Abgas an Sauerstoff überschüssig. Dieser überschüssige Sauerstoff wird in dem stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysator 20 gespeichert. Der kumulierte Wert des Sauerstoffüberschusses/-defizits (unten als „kumulierter/es Sauerstoffüberschuss/-defizit bezeichnet) kann den geschätzten Wert des gespeicherten Betrags von Sauerstoff des stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysators 20 ausdrücken.
  • Der/Das Sauerstoffüberschuss/-defizit OED wird beispielsweise durch die folgende Formel (1) berechnet: ODE = 0,23 × ( AFup − AFR ) × Qi
    Figure DE102016107199B4_0001
    in welcher 0,23 die Konzentration von Sauerstoff in der Luft kennzeichnet, Qi den Betrag der Kraftstoffeinspritzung kennzeichnet, AFup das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis des stromaufwärtsseitigem Luftkraftstoffsensors 40 kennzeichnet und AFR das Luftkraftstoffverhältnis kennzeichnet, welches das Zentrum der Steuerung bildet (in der vorliegenden Ausführungsform das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis (14,6)).
  • Wenn das/der kumulierte Sauerstoffüberschuss/-defizit, welches durch kumulierendes Addieren des Sauerstoffüberschusses/-defizits erreicht wird, welches auf diese Weise berechnet wird, ein vordefinierter Wechselreferenzwert wird (entsprechend eines vordefinierten Wechselreferenzspeicherbetrags Cref) oder mehr, wird das Soll-Kraftstoffverhältnis, welches bis dahin das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis ist, zu dem fett eingestellten Luftkraftstoffverhältnis gemacht wird, und danach bei dem Luftkraftstoffverhältnis gehalten wird. Das fett eingestellte Luftkraftstoffverhältnis ist ein vordefiniertes Luftkraftstoffverhältnis, welches fetter als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist (Luftkraftstoffverhältnis, welches das Zentrum der Steuerung bildet) durch einen bestimmten Betrag. Beispielsweise wird es auf 12 bis 14,58, bevorzugter 13 bis 14,57, noch bevorzugter 14 bis 14,55 oder so eingestellt. Zudem kann das fett eingestellte Luftkraftstoffverhältnis als ein Luftkraftstoffverhältnis des Luftkraftstoffverhältnisses ausgedrückt werden, welches das Zentrum der Steuerung (in der vorliegenden Ausführungsform das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis) minus einem Fett-Korrekturbetrag bildet. Es sei angemerkt, dass in der vorliegenden Ausführungsform der Unterschied des fett eingestellten Luftkraftstoffverhältnisses von dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis (Fett-Grad) zu dem Unterschied des mager eingestellten Luftkraftstoffverhältnisses von dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis (Mager-Grad) oder weniger eingestellt wird.
  • Wenn das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis des stromabwärtsseitigem Luftkraftstoffverhältnissensors 41 wieder ein fett beurteiltes Luftkraftstoffverhältnis oder weniger wird, wird danach das Soll-Luftkraftstoffverhältnis wieder auf das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis eingestellt, dann wird ein ähnlicher Vorgang wiederholt. Auf diese Weise wird in der vorliegenden Ausführungsform das Soll-Luftkraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases abwechselnd auf das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis und das fett eingestellte Luftkraftstoffverhältnis gewechselt. Genauer wechselt die Luftkraftstoffverhältnissteuervorrichtung das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis, wenn das durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor 41 erfasste Luftkraftstoffverhältnis ein fett beurteiltes Luftkraftstoffverhältnis wird, das fetter als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist oder wird in der Fett-Steuerung weniger, in der das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf das fett eingestellte Luftkraftstoffverhältnis eingestellt ist und wechselt das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf das fett eingestellte Luftkraftstoffverhältnis, wenn geschätzt wird, dass der Sauerstoffspeicherbetrag des stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysators 20 ein Wechselreferenzspeicherbetrag wird, der kleiner als der maximal speicherbare Sauerstoffbetrag ist oder in der Mager-Steuerung mehr wurde, in der das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis eingestellt wird.
  • Erklärung der Luftkraftstoffverhältnissteuerung unter Verwendung eins Zeitdiagramms
  • Mit Bezug auf 6 wird der oben genannte derartige Betrieb bzw. Vorgang im Detail erklärt werden. 6 ist ein Zeitdiagramm des Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrag AFC, des Ausgabeluftkraftstoffverhältnisses AFup des stromaufwärtsseitigem Luftkraftstoffverhältnissensors 40, des Sauerstoffspeicherbetrags OSA des stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysators 20, des kumulierten Sauerstoffüberschusses/-defizits ΣOED, des Ausgabeluftkraftstoffverhältnisses AFdwm des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41, und der Konzentration von NOx im Abgas, welches aus dem stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysator 20 (unten vereinfacht als „ausströmendes Abgas“ bezeichnet) strömt, wenn die Luftkraftstoffverhältnissteuerung der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird.
  • Das/der kumulierte Sauerstoffüberschuss/-defizit ΣOED, welches in 6 dargestellt ist, zeigt den kumulierten Wert des Sauerstoffüberschuss/-defizits ΣOED, welches durch die obige Formel (1) berechnet wird. Der/das kumulierte Sauerstoffüberschuss/-defizit ΣOED wird zurückgesetzt und auf null eingestellt, wenn das Soll-Luftkraftstoffverhältnis zwischen dem fett eingestellten Luftkraftstoffverhältnis TAFrich und dem mager eingestellten Luftkraftstoffverhältnis TAFlean gewechselt wird.
  • Es sei angemerkt, dass der Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrag AFC ein Korrekturbetrag ist, der sich auf das Soll-Luftkraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases bezieht. Wenn der Luftkraftstoffkorrekturbetrag AFC 0 ist, wird das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf ein Luftkraftstoffverhältnis eingestellt, welches gleich dem Luftkraftstoffverhältnis ist, das als das Steuerzentrum fungiert (unten als das „Steuerzentrumluftkraftstoffverhältnis“ bezeichnet) (in der vorliegenden Ausführungsform das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis). Wenn der Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrag AFC ein positiver Wert ist, wird das Soll-Luftkraftstoffverhältnis ein Luftkraftstoffverhältnis, das magerer als das Steuerzentrumluftkraftstoffverhältnis ist (in der vorliegenden Ausführungsform ein mageres Luftkraftstoffverhältnis), während, wenn der Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrag AFC ein negativer Wert ist, das Soll-Luftkraftstoffverhältnis ein Luftkraftstoffverhältnis wird, das fetter als das Steuerzentrumsluftkraftstoffverhältnis ist (in der vorliegenden Ausführungsform ein fettes Luftkraftstoffverhältnis). Zudem bedeutet das „Steuerzentrumluftkraftstoffverhältnis“ das Luftkraftstoffverhältnis zu welchem der Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrag AFC unter Berücksichtigung des Maschinenbetriebszustands addiert wird, d.h., das Luftkraftstoffverhältnis, welches die Referenz ist, wenn das Soll-Luftkraftstoffverhältnis unter Berücksichtigung des Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrags AFC verändert wird.
  • In dem dargestellten Beispiel wird in dem Zustand vor dem Zeitpunkt t1 der Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrag AFC auf den fett eingestellten Korrekturbetrag AFCrich eingestellt (entsprechend dem fett eingestellten Luftkraftstoffverhältnis). D.h., das Soll-Luftkraftstoffverhältnis wird zu dem fetten Luftkraftstoffverhältnis gemacht. Zusammen mit diesem wird das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis des stromaufwärtsseitigem Luftkraftstoffverhältnissensors 40 ein fettes Luftkraftstoffverhältnis. Das unverbrannte Gas, das in dem einströmenden Abgas enthalten ist, wird in dem stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysator 20 gereinigt. Zusammen mit diesem wird zudem der Sauerstoffspeicherbetrag OSA des stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysators 20 allmählich verringert. Demzufolge wird auch der/das kumulierte Sauerstoffiiberschuss/-defizit ΣOED allmählich reduziert. Das unverbrannte Gas ist nicht in dem ausströmenden Abgas aufgrund der Reinigung an dem stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysator 20 enthalten, so dass das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFdwm des stromabwärtsseitigem Luftkraftstoffverhältnissensors 41 im Wesentlichen das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das Luftkraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases, welches das fette Luftkraftstoffverhältnis wird, so dass der Betrag von NOx, welches aus dem stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysator 20 ausgelassen wird, im Wesentlichen null.
  • Wenn der stromaufwärtsseitige Auslassreinigungskatalysator 20 im gespeicherten Betrag von Sauerstoff OSA sinkt, erreicht der gespeicherte Betrag von Sauerstoff OSA zu dem Zeitpunkt t1 null. Zusammen mit diesem beginnt ein Teil des unverbrannten Gases, welches in den stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysators 20 strömt, auszuströmen ohne durch den stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysator 20 gereinigt zu sein. Von dem Zeitpunkt t1 an fällt aus diesem Grund das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFdwn des stromabwärtsseitigem Luftkraftstoffverhältnissensors 41 allmählich. Im Ergebnis erreicht zu dem Zeitpunkt t2 das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFdwn des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 das fett beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFrich.
  • In der vorliegenden Ausführungsform, wenn das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFdwn des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 das fett beurteilte Luftkraftstoffverhältnis oder weniger wird, um den gespeicherten Betrag von Sauerstoff OSA zu erhöhen, wird der Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrag AFC auf den mager eingestellten Korrekturbetrag AFClean gewechselt (entsprechend dem mager eingestellten Luftkraftstoffverhältnis). Das Soll-Luftkraftstoffverhältnis wird von dem fetten Luftkraftstoffverhältnis auf das magere Luftkraftstoffverhältnis gewechselt. Zu diesem Zeitpunkt wird zudem der/das kumulierte Sauerstoffüberschuss/-defizit ΣOED auf 0 zurückgesetzt.
  • Es sei angemerkt, dass in der vorliegenden Ausführungsform der Luftkraftstoffkorrekturbetrag AFC gewechselt wird, nachdem das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFdwn des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 das fett beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFrich erreicht. Das kommt daher, da selbst wenn der gespeicherte Betrag von Sauerstoff des stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysators 20 ausreichend ist, das Luftkraftstoffverhältnisses des ausströmenden Abgases, welches manchmal derart endet, dass es leicht von dem stöchiometrischem Luftkraftstoffverhältnis abweicht. Umgekehrt wird das fett beurteilte Luftkraftstoffverhältnis zu einem Luftkraftstoffverhältnis eingestellt, welches das Luftkraftstoffverhältnis des ausströmenden Abgases nie erreichen wird, wenn der gespeicherte Betrag von Sauerstoff des stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysators 20 ausreichend ist.
  • Zu dem Zeitpunkt t2 wenn das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf das magere Luftkraftstoffverhältnis gewechselt wird, verändert sich das Luftkraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases von dem fetten Luftkraftstoffverhältnis auf das magere Luftkraftstoffverhältnis. Zusammen mit diesem wird zudem das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFup des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40 ein mageres Luftkraftstoffverhältnis (tatsächlich tritt eine Verzögerung auf von wenn das Soll-Luftkraftstoffverhältnis gewechselt wird, bis zu, wenn sich das Luftkraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases verändert, aber in dem dargestellten Beispiel wird aus Gründen der Zweckmäßigkeit angenommen, dass die Änderung gleichzeitig stattfindet). Wenn sich zu dem Zeitpunkt t2 das Luftkraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases auf das magere Luftkraftstoffverhältnis ändert, steigt der stromaufwärtsseitige Auslassreinigungskatalysator 20 in dem gespeicherten Betrag von Sauerstoff OSA. Zudem steigt zusammen mit diesem der/das kumulierte Sauerstoffüberschuss/-defizit ΣOED auch allmählich.
  • Deswegen verändert sich das Luftkraftstoffverhältnis des ausströmenden Abgases auf das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis und das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFdwn des stromabwärtsseitigem Luftkraftstoffverhältnissensors 41 nähert sich dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis an. Zu diesem Zeitpunkt wird das Luftkraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases, welches das magere Luftkraftstoffverhältnis wird, aber es gibt ausreichend Spielraum in der Sauerstoffspeicherfähigkeit des stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysators 20, so dass der Sauerstoff in dem einströmenden Abgas in dem stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysator 20 gespeichert wird und das NOx durch die Reduktion entfernt wird. Aus diesem Grund wird der Auslass von NOx aus dem stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysator 20 im Wesentlichen null.
  • Danach, wenn der stromaufwärtsseitige Auslassreinigungskatalysator 20 in dem gespeicherten Betrag des Sauerstoffs OSA steigt, erreicht zu dem Zeitpunkt t3 der gespeicherte Betrag von Sauerstoff OSA des stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysators 20 den wechselnden Referenzspeicherbetrag Cref. Aus diesem Grund erreicht der/das kumulierte Sauerstoffüberschuss/-defizit ΣOED den wechselnden Referenzwert OEDref, welcher dem wechselnden Referenzspeicherbetrag Cref entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform, wenn der/das kumulierte Sauerstoffüberschuss/-defizit ΣOED der wechselnde Referenzwert OEDref oder mehr wird, wird das Speichern von Sauerstoff in dem stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysator 20 durch Wechseln des Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrags AFC auf den fett eingestellten Korrekturbetrag AFCrich unterbrochen. Daher wird das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf das fette Luftkraftstoffverhältnis eingestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird der/das kumulierte Sauerstoffüberschuss/-defizit ΣOED auf 0 zurückgesetzt.
  • In dem in 6 gezeigten Beispiel wird hier zu dem Zeitpunkt t3 das Soll-Luftkraftstoffverhältnis gewechselt und gleichzeitig fällt der Sauerstoffspeicherbetrag OSA, aber tatsächlich tritt eine Verzögerung auf, von wenn das Soll-Luftkraftstoffverhältnis gewechselt wird, bis wenn der Sauerstoffspeicherbetrag OSA fällt. Wenn zudem eine Beschleunigung des Fahrzeugs, an dem die Verbrennungsmaschine angebracht ist, eine höhere Maschinenlast verursacht und die Ansaugluftmenge für einen Augenblick zu weit abweicht etc., weicht das Luftkraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases manchmal unbeabsichtigt weit von dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis für einen Augenblick ab.
  • Im Gegensatz dazu wird der Wechselreferenzspeicherbetrag Cref ausreichend niedriger als der maximal speicherbare Sauerstoffbetrag Cmax eingestellt, wenn der stromaufwärtsseitige Auslassreinigungskatalysator 20 neu ist. Aus diesem Grund, selbst wenn die oben beschrieben Verzögerung auftritt oder das Luftkraftstoffverhältnis des aktuellen Abgases unabsichtlich weit von dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis für einen Augenblick abweicht, erreicht der gespeicherte Betrag von Sauerstoff OSA nicht den maximal speicherbaren Sauerstoffbetrag Cmax. Im Gegenteil wird der Wechselreferenzspeicherbetrag Cref als ein ausreichend kleiner Betrag eingestellt, so dass der gespeicherte Betrag von Sauerstoff OSA nicht den maximal speicherbaren Sauerstoffbetrag Cmax erreicht, selbst wenn die oben beschrieben Verzögerung oder eine unbeabsichtigte Abweichung vom Luftkraftstoffverhältnis auftritt. Der Wechselreferenzspeicherbetrag Cref wird beispielsweise auf ¾ oder weniger des maximalen speicherbaren Sauerstoffbetrags Cmax eingestellt, wenn der stromaufwärtsseitige Auslassreinigungskatalysator 20 neu ist, vorzugsweise ½ oder weniger, oder noch bevorzugter 1/5 oder weniger.
  • Zu dem Zeitpunkt t3 wenn das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf das fette Luftkraftstoffverhältnis gewechselt wird, ändert sich das Luftkraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases von dem mageren Luftkraftstoffverhältnis aus fas fette Luftkraftstoffverhältnis. Zusammen mit diesem wird das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFup des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40 ein fettes Luftkraftstoffverhältnis (tatsächlich tritt eine Verzögerung auf von wenn das Soll-Luftkraftstoffverhältnis gewechselt wird, bis wenn sich das einströmende Abgas im Luftkraftstoffverhältnis ändert, aber in dem dargestellten Beispiel wird aufgrund der Zweckmäßigkeit angenommen, dass die Änderung gleichzeitig stattfindet). Das einströmende Abgas enthält unverbranntes Gas, so dass der stromaufwärtsseitige Auslassreinigungskatalysator 20 allmählich im gespeicherten Betrag von Sauerstoff OSA abnimmt. Zu dem Zeitpunkt t4 , beginnt, auf die gleiche Weise wie zu dem Zeitpunkt t1 , das Ausgabekraftstoffverhältnis AFdwn des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 zu fallen. Zu diesem Zeitpunkt ist das Luftkraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases ebenso das fette Luftkraftstoffverhältnis, so dass im Wesentlichen null NOx von dem stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysator 20 ausgelassen wird.
  • Zu dem Zeitpunkt t5 erreicht, auf die gleiche Weise wie zu dem Zeitpunkt t2 , anschließend das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFdwn des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 das fett beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFrich. Deswegen wird der Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrag AFC auf den Wert AFClean gewechselt, welcher dem mager eingestellten Luftkraftstoffverhältnis entspricht. Danach wird der Zyklus der oben genannten Zeitpunkte t1 bis t5 wiederholt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird zudem, während der oben genannte Zyklus der Zeitpunkte t1 bis t5 wiederholt wird, der Betrag von Kraftstoff, welcher der Brennkammer 5 zugeführt wird, durch Feedback derart gesteuert, so dass das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFup des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40 das Soll-Luftkraftstoffverhältnis wird. Wenn beispielsweise das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFup des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40 niedriger (fetter) als das Soll-Luftkraftstoffverhältnis ist, ist der Betrag von Kraftstoff, welcher der Brennkammer 5 zugeführt wird, kleiner. Auf der anderen Seite, wenn das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFup des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40 höher (magerer) als der Wert ist, der dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis entspricht, wird der Betrag von Kraftstoff, welcher der Brennkammer 5 zugeführt wird, größer.
  • Wie aus der obigen Erklärung verständlich wird, ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, konstant den Betrag von einem Auslass von NOx von dem stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysator 20 zu verhindern. D.h., solange die oben beschriebene Steuerung durchgeführt wird, kann im Wesentlichen der Betrag des Auslasses von NOx von dem stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysator 20 im Wesentlichen null gehalten werden. Zudem ist die kumulierte Zeit, wenn der/das Sauerstoffüberschuss/-defizit ΣOED berechnet wird, kurz, so dass es eine geringe Möglichkeit gibt, einen Fehler zu berechnen im Vergleich, wenn der kumulierte Betrag über eine lange Zeitspanne berechnet wird. Aus diesem Grund kann ein Berechnungsfehler des kumulierten Sauerstoffüberschusses/-defizits ΣOED verhindert werden, welcher verursachen würde, dass NOx ausgelassen wird.
  • Wenn der gespeicherte Betrag von Sauerstoff des Auslassreinigungskatalysators konstant gehalten wird, sinkt zudem im Allgemeinen die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Auslassreinigungskatalysators. D.h., um den Auslassreinigungskatalysator in der Sauerstoffspeicherfähigkeit hoch zu halten, muss der gespeicherte Betrag von Sauerstoff des Auslassreinigungskatalysators fluktuieren. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wie in 6 dargestellt, fluktuiert im Gegensatz dazu der gespeicherte Betrag von Sauerstoff OSA des stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysators 20 konstant hoch und runter, dass das die Sauerstoffspeicherfähigkeit daran gehindert wird, zu fallen.
  • Es sei angemerkt, dass in der obigen Ausführungsform zu den Zeitpunkten t2 bis t3 der Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrag AFC bei dem mager eingestellten Korrekturbetrag AFClean gehalten wird. Zu dieser Zeitspanne jedoch muss der Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrag AFC nicht konstant gehalten werden. Er kann derart eingestellt werden, um allmählich abzunehmen oder sonst zu fluktuieren. Alternativ ist es in der Zeitspanne von den Zeitpunkten t2 bis t3 möglich, den Luftkraftstoffkorrekturbetrag AFC kurzzeitig auf einen Wert kleiner als 0 einzustellen (beispielsweise den fett eingestellten Korrekturbetrag etc.). D.h., in der Zeitspanne der Zeitpunkte t2 bis t3 kann das Soll-Kraftstoffverhältnis auch kurzzeitig das fette Luftkraftstoffverhältnis sein.
  • Zu den Zeitpunkten t3 bis t5 kann ähnlich der Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrag AFC bei dem fett eingestellten Korrekturbetrag AFCrich beibehalten werden. Zu diesem Zeitpunkt muss der Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrag AFC nicht notwendigerweise konstant sein. Er kann derart eingestellt sein, dass er allmählich steigt oder anders fluktuiert. Alternativ ist es in der Zeitspanne der Zeitpunkte t3 bis t5 möglich, den Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrag AFC kurzzeitig auf einen Wert größer als 0 einzustellen (der mager eingestellte Korrekturbetrag beispielsweise etc.). D.h., in der Zeitspanne der Zeitpunkte t3 bis t5 kann das Sollluftkraftstoffverhältnis auch kurzzeitig das magere Luftkraftstoffverhältnis sein.
  • In diesem Fall wird jedoch der Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrag AFC zu den Zeitpunkten t2 bis t3 derart eingestellt, dass der Unterschied zwischen dem Durchschnittswert des Sollluftkraftstoffverhältnisses und des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses zu den Zeitpunkten t2 bis t3 größer als der Unterschied zwischen dem Durchschnittswert des Sollluftkraftstoffverhältnisses und dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis zu den Zeitpunkten t3 bis t5 wird.
  • In der obigen Ausführungsform wird der/das kumulierte Sauerstoffüberschuss/- defizit ΣOED auf Basis des Ausgabeluftkraftstoffverhältnisses AFup etc. berechnet. Der gespeicherte Betrag von Sauerstoff OSA kann auch auf Basis eines anderen Parameters zusätzlich zu diesen Parametern eingestellt werden und kann auf Basis von Parametern geschätzt werden, welche sich von diesen Parametern unterscheiden. In der obigen Ausführungsform wird zudem, wenn der/das kumulierte Sauerstoffüberschuss/-defizit ΣOED der Wechselreferenzwert OEDref oder mehr wird, das Soll-Luftkraftstoffverhältnis von dem mager eingestellten Luftkraftstoffverhältnis auf das fett eingestellte Luftkraftstoffverhältnis gewechselt. Der Zeitpunkt des Wechsels des Soll-Luftkraftstoffverhältnisses von dem mager eingestellten Luftkraftstoffverhältnis auf das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis kann beispielsweise auch der Maschinenbetriebszeit oder dem kumulierten Betrag der Ansaugluft von, wenn das Soll-Luftkraftstoffverhältnis von dem fett eingestellten Luftkraftstoffverhältnis auf das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis gewechselt wird oder anderen Parametern erfolgen. In diesem Fall jedoch muss das Soll-Luftkraftstoffverhältnis von dem mager eingestelltem Luftkraftstoffverhältnis auf das fett eingestellte Luftkraftstoffverhältnis eingestellt werden, während der gespeicherte Betrag von Sauerstoff OSA des stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysators 20 geschätzt wird, kleiner als der maximal speicherbare Sauerstoffbetrag zu sein.
  • Spülen
  • Wenn eine Ventilüberschneidung auftritt, wenn der Druck im Inneren der Einlassöffnung 7 (Ansaugdruck) höher als der Druck im Inneren der Auslassöffnung 9 ist (Auslassdruck), wird in dieser Hinsicht Luft von der Einlasspassage durch den Zylinder zu der Auslasspassage, wie beim Spülen, geblasen. Es sei angemerkt, dass „Ventilüberschneidung“ die teilweise Überschneidung der Öffnungszeitspanne des Einlassventils 6 und der Öffnungszeitspanne des Auslassventils 8 bedeutet. Die ECU 31 kann zumindest einen von dem variablen Ventilzeitmechanismus B des Einlassventils 6 und dem variablen Ventilzeitmechanismus C des Auslassventils 8 derart steuern, dass eine Ventilüberschneidung verursacht wird und kann den Ventilüberlappungsbetrag verändern (d.h., die Zeitspanne während welcher das Einlassventil 6 und das Auslassventil 8 beide geöffnet sind). Der Ventilüberschneidungsbetrag wird durch zumindest von einem aus einem Ändern des Öffnungszeitpunkts des Einlassventils 6 und einem Ändern des Schließöffnungszeitpunkts des Auslassventils 8 verändert.
  • 7A und 7B sind Ansichten, welche schematisch Beispiele von Öffnungszeitspannen des Auslassventils 8 und Einlassventils bzw. Einlassventils 6 darstellen. In dem in 7A dargestellten Beispiel, stimmt der Schließzeitpunkt des Auslassventils 8 und der Öffnungszeitpunkt des Einlassventils 6 an dem Auslassoberentotzentrum überein, so dass keine Ventilüberschneidung auftritt. In dem in 7B dargestellten Beispiel Überlappen sich die Öffnungszeitspanne des Auslassventils 8 und die Öffnungszeitspanne des Einlassventils 6 und eine Ventilüberschneidung tritt auf.
  • Wenn der Betrag der Ansaugluft ausreichend für das angeforderte Moment ist, wird ein Spülen verwendet. Durch ein Veranlassen des Spülens steigt der Betrag von Abgas und die Drehzahl der Turbine 102 des Turboladers 101 erhöht sich. Im Ergebnis erhöht sich der Druck der Ansaugluft (Laderdruck) und der Betrag von Ansaugluft wird erhöht.
  • Problem eines Steuerns von einem Luftkraftstoffverhältnis während dem Spülen
  • Wie oben beschrieben wird in der vorliegenden Ausführungsform der Betrag von Kraftstoff, welcher der Brennkammer 5 zugeführt wird, derart Feedback gesteuert, dass das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFup des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40 das Soll-Luftkraftstoffverhältnis wird. Zudem wird der/das kumulierte Sauerstoffüberschuss/-defizit ΣOED auf Basis des Ausgabeluftkraftstoffverhältnisses AFup des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40 berechnet, während das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf Basis des kumulierten Sauerstoffüberschuss/-defizits ΣOED eingestellt wird. Es sei angemerkt, dass während dem Spülen der Betrag von der Brennkammer 5 zugeführten Kraftstoff derart Feedback gesteuert wird, dass das Durchschnittsluftkraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases, einbezogen der Luft, die von der Einlasspassage durch den Zylinder zu der Auslasspassage geblasen wird, das Soll-Luftkraftstoffverhältnis wird.
  • Wenn jedoch ein Spülen auftritt, verringert sich die Luft im Zylinder aufgrund der geblasenen Luft, so dass das Brennluftkraftstoffverhältnis im Zylinder fett wird. Wenn der Spülbetrag groß ist und der Fett-Grad des Brennkammerluftkraftstoffverhältnisses hoch wird, wird die Konzentration von Wasserstoff im Abgas höher. Wasserstoff weist eine höhere Diffusionsgeschwindigkeit in der Diffusionsregulierschicht des Luftkraftstoffverhältnissensors im Vergleich mit anderen Bestandteilten im Abgas auf, so dass es die Elektrodenfläche des Luftkraftstoffverhältnissensors schneller als diese anderen Bestandteile erreicht. Im Ergebnis wird die Elektrodenfläche des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40 eine fette Umgebung und die Ausgabe des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40 weicht zu der fetten Seite ab. Wenn das Luftkraftstoffverhältnis auf Basis eines Luftkraftstoffverhältnisses auf die fette Seite abweicht, was durch den stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor 40 erfasst wird, wird das aktuelle Auslassluftkraftstoffverhältnis magerer als das Soll-Luftkraftstoffverhältnis. Im Ergebnis sinkt die Effizienz des Entfernens von unverbranntem Gas etc. am Auslassreinigungskatalysator 20 und 24 und es wird erwartet, dass sich die Abgasemission bzw. Auslassemission verschlechtert. Untern wird dieses Phänomen mit Bezug auf 8 erklärt.
  • 8 ist ein Zeitdiagramm ähnlich zu 6 des Sauerstoffspeicherbetrags OSA des stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysators 20 etc. während dem Spülen. In dem Beispiel aus 8 weicht die Ausgabe des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40 aufgrund des Spülens zu der fetten Seite ab. In der Figur zeigt die durchgezogene Linie bei dem Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFup des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40 das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis. Auf der anderen Seite zeigt die gestrichelte Linie das aktuelle Luftkraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases.
  • In dem in 8 gezeigten Beispiel wird in dem Zustand vor dem Zeitpunkt t1 der Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrag AFC auf den fett eingestellten Korrekturbetrag ARCrich eingestellt. Demzufolge wird das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf das fett eingestellten Luftkraftstoffverhältnis eingestellt. Zusammen damit wird das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFup des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40 ein Luftkraftstoffverhältnis, das gleich dem fett eingestellten Luftkraftstoffverhältnis ist. Jedoch weicht wie oben erklärt das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor 40 auf die fette Seite hin ab, so dass das aktuelle Luftkraftstoffverhältnis des Abgases ein Luftkraftstoffverhältnis an der mageren Seite des fett eingestellten Luftkraftstoffverhältnisses wird. D.h. das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFup des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffsensors 40 wird niedriger als das aktuelle Luftkraftstoffverhältnis (gestrichelte Linie in der Figur) (zur fetten Seite). Aus diesem Grund wird die Geschwindigkeit der Abnahme des Sauerstoffspeicherbetrags OSA des stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysators 20 langsam.
  • In dem in 8 gezeigten Beispiel erreicht zudem zu den Zeitpunkt t2 das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFdwn des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 das fett beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFrich. Aus diesem Grund wird, wie oben erklärt, zu dem Zeitpunkt t2 der Luftkraftstoffverhältniskorrekturbetrag AFC auf den mager eingestellten Korrekturbetrag AFClean gewechselt. D.h., das Soll-Luftkraftstoffverhältnis wird auf das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis gewechselt.
  • Zusammen mit diesem wird das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFup des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40 ein Luftkraftstoffverhältnis, das gleich dem mager eingestellten Luftkraftstoffverhältnis ist. Wie oben erklärt weicht jedoch das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40 auf die fette Seite ab, so dass das aktuelle Luftkraftstoffverhältnis des Abgases ein Luftkraftstoffverhältnis wird, das magerer als das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis ist. D.h., das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFup des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40 wird niedriger als das aktuelle Luftkraftstoffverhältnis (gestrichelte Linie in der Figur) (auf die fette Seite). Aus diesem Grund wird die Geschwindigkeit des Erhöhens des Sauerstoffspeicherbetrags OSA des stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysators 20 schnell.
  • Wenn die Abweichung des Ausgabeluftkraftstoffverhältnisses des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor 40 groß ist, wird die Geschwindigkeit des Erhöhens bzw. die Anstiegsgeschwindigkeit des Sauerstoffspeicherbetrags OSA des stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysators 20 extrem schnell. In diesem Fall, wie in 8 dargestellt, bevor der/das kumulierte Sauerstoffüberschuss/-defizit ΣOED, das auf Basis des Ausgabeluftkraftstoffverhältnisses AFup des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40 berechnet wurde, den Wechselreferenzwert OEDref erreicht, erreicht der aktuelle Sauerstoffspeicherbetrag OSA den maximal speicherbaren Sauerstoffbetrag Cmax. Im Ergebnis strömen NOx und Sauerstoff aus dem stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysator 20 aus und das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 wird höher (magerer) als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis.
  • Steuerung des Spülbetrags
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird der Spülbetrag, während des Spülens, gesteuert, um eine Verschlechterung der Abgasemission zu vermeiden, welche das Spülen begleitet. Zuerst wird die Steuerung des Spülbetrags in der vorliegenden Ausführungsform kurz erklärt werden.
  • Die Verbrennungsmaschine 100 weist zudem eine Spülsteuervorrichtung auf. Die Spülsteuervorrichtung verringert den Ventilüberschneidungsbetrag, so dass der Spülbetrag kleiner wird, wenn sich das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 von weniger als dem mager beurteilten Luftkraftstoffverhältnis (beispielsweise 14,65), magerer als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis, auf das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis oder mehr während dem Spülen verändert. Als Grund wird vermutete, dass, wenn das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis oder mehr während dem Spülen wird, NOx aus dem stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysator 20 aufgrund des großen Spülbetrags strömt. Es sei angemerkt, dass der Ventilüberschneidungsbetrag kleiner durch zumindest eines aus einem Vorstellen des Schließzeitpunkts des Auslassventils 8 durch den variablen Ventilzeitmechanismus C und des Zurückstellens des Öffnungszeitpunkts des Einlassventils 6 durch den variablen Ventilzeitmechanismus B eingestellt wird. Beispielsweise wird der Ventilüberschneidungsbetrag kleiner durch Vorstellen des Phasenwinkels des Auslassventils 8 durch den variablen Ventilzeitmechanismus C und durch Zurückstellen des Phasenwinkels des Einlassventils 6 durch den variablen Ventilzeitmechanismus B eingestellt. Es sei angemerkt, dass in dieser Beschreibung der „Phasenwinkel“ den zentralen Winkel des Betriebswinkels bedeutet.
  • Wenn der Spülbetrag reduziert wird, wird der Fett-Grad des Brennluftkraftstoffverhältnisses geringer und die Konzentration von Wasserstoff im Abgas wird geringer. Im Ergebnis wird der Betrag der Abweichung der Ausgabe des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40 auf der Fett-Seite kleiner und das aktuelle Auslassluftkraftstoffverhältnis erreicht das Sollluftkraftstoffverhältnis. Die Verschlechterung der Effizienz des Entfernens von unverbranntem Gas etc. an den stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysator 20 wird verhindert und im Gegenzug wird eine Verschlechterung der Abgasemission verhindert.
  • In dieser Hinsicht verschlechtert sich der stromaufwärtsseitige Auslassreinigungskatalysators 20 mit dem Verstreichen der Zeit. Zusammen mit der Verschlechterung des stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysators 20, wird der maximal speicherbare Sauerstoffbetrag Cmax des stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysators 20 allmählich kleiner. In diesem Fall wird auch der zugelassene Spülbetrag kleiner. Um daher das Ausströmen von NOx aus dem stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysator 20 zu verhindern, wenn der obere Grenzwert des Spülbetrag unter Berücksichtigung des maximal speicherbaren Sauerstoffbetrags Cmax des sich verschlechterten stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysator 20 eingestellt wird, wird der obere Grenzwert ein extrem kleiner Betrag. Im Ergebnis ist es, selbst während der Zeit bevor sich der Auslassreinigungskatalysator verschlechtert, nicht möglich, einen ausreichenden Betrag des Spülens, welcher dem angeforderten Moment entspricht, zu veranlassen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch der stromabwärtsseitige Luftkraftstoffverhältnissensor 41 verwendet werden, um das Ausströmen von Sauerstoff von dem stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysator 20 zu erfassen und im Gegenzug das Ausströmen von NOx aus dem stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysator 20 schnell zu schätzen. Der Grund hierfür ist, dass der große Betrag von Wasserstoff, der im Abgas während dem Spülen erzeugt wird, durch Oxidation an dem stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysator 20 entfernt wird, so dass der stromabwärtsseitige Luftkraftstoffverhältnissensor 41 durch viel durch den Wasserstoff beeinflusst wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist es daher möglich, einen geeigneten Betrag des Spülens, der dem Zustand der Verschlechterung des stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysators 20 entspricht, zu veranlassen.
  • Die Spülsteuervorrichtung steuert den Ventilüberschneidungsbetrag zudem derart, dass der Spülbetrag der obere Grenzwert oder weniger wird, verringert den oberen Grenzwert, wenn ein Luftkraftstoffverhältnis des mager beurteilten Luftkraftstoffverhältnisses oder mehr durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 während dem Spülen erfasst wird, und behält den oberen Grenzwert bei oder erhöht diesen, wenn ein Luftkraftstoffverhältnis des mager beurteilten Luftkraftstoffverhältnisses oder mehr nicht durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor 41 während dem Spülen erfasst wird. Der anfängliche Wert des oberen Grenzwerts wird auf einen Wert eingestellt, bei dem NOx nicht aus dem stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysator 20 aufgrund des Spülens strömt, wenn der stromaufwärtsseitige Auslassreinigungskatalysator 20 nicht verwendet wird. Es sei angemerkt, dass der Ventilüberschneidungsbetrag, wie oben erklärt, durch die ECU 31 gesteuert werden kann, indem zumindest einer von dem variablen Ventilzeitmechanismus B und C gesteuert wird.
  • Indem der obere Grenzwert reduziert wird, wenn ein Luftkraftstoffverhältnis des mager beurteilten Luftkraftstoffverhältnisses oder mehr durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor 41 während dem Spülen erfasst wird, kann in der späteren Luftkraftstoffverhältnissteuerung das Ausströmen von NOx aus dem stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysator 20 verhindert werden. Zudem ist es möglich, den oberen Grenzwert dem Zustand der Verschlechterung des stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysators 20 entsprechend einzustellen.
  • Es ist zu erwarten, dass der obere Grenzwert des Spülbetrags übermäßig niedrig aufgrund irgendeiner Art eines Steuerfehlers eingestellt wird. In diesem Fall ist es in dem späteren Betrieb der Verbrennungsmaschine nicht möglich, einen ausreichenden Betrag des Spülens, der dem angeforderten Moment entspricht, zu verursachen. Die Spülsteuervorrichtung erhöht den oberen Grenzwert daher, wenn ein Luftkraftstoffverhältnis des mager beurteilten Luftkraftstoffverhältnisses oder mehr durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor 41 erfasst wurde, unabhängig von der Steuerung des Ventilüberlappungsbetrag, so dass der Spülbetrag der obere Grenzwert wird. Auf Grund dessen, selbst wenn der obere Grenzwert übermäßig niedrig eingestellt war, kann der obere Grenzwert auf einen geeigneten Wert korrigiert werden. Es sei angemerkt, dass die Spülsteuervorrichtung den oberen Grenzwert beibehält, selbst wenn ein Luftkraftstoffverhältnis des mager beurteilten Luftkraftstoffverhältnisses oder mehr nicht durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor 41 erfasst wird, wenn der Ventilüberschneidungsbetrag derart gesteuert wird, dass der Spülbetrag niedriger als der obere Grenzwert wird.
  • Erklärung der Steuerung des Spülbetrags unter Verwendung eines Zeitdiagramms
  • Mit Bezug auf 9 wird die oben beschriebene derartige Steuerung genauer erklärt werden. 9 ist ein Zeitdiagramm des angeforderten Spülbetrags RSBA, des eingestellten Spülbetrags SSBA, und des Ausgabeluftkraftstoffverhältnisses AFdwn des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 in dem Fall der Steuerung des Spülbetrag in der vorliegenden Ausführungsform. In der Figur zeigen die gestrichelten Linien in dem Zeitdiagramm des angeforderten Spülbetrags RSBA und des eingestellten Spülbetrags SSBA den oberen Grenzwert L des Spülbetrags. Der angeforderte Spülbetrag RSBA wird auf Basis des angeforderten Moments berechnet, während der eingestellte Spülbetrag SSBA auf Basis des angeforderten Spülbetrags RSBA und des oberen Grenzwerts L eingestellt wird. Während dem Spülen wird der Ventilüberschneidungsbetrag derart gesteuert, dass der Spülbetrag der eingestellte Spülbetrag SSBA wird. In dem in 9 dargestellten Beispiel wird Spülen zu dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 , dem Zeitpunkt t3 bis zu dem Zeitpunkt t4 , dem Zeitpunkt t5 bis zu dem Zeitpunkt t6 , dem Zeitpunkt t7 bis zu dem Zeitpunkt t9 , dem Zeitpunkt t10 bis zu dem Zeitpunkt t12 und dem Zeitpunkt t13 bis zu dem Zeitpunkt t14 veranlasst. Es sei angemerkt, dass sich in dem Zeitdiagramm des angeforderten Spülbetrags RSBA und des eingestellten Spülbetrags SSBA aus 9 Teile, welche nur durch durchgezogene Linien und gestrichelte Linien dargestellt sind, überlappen.
  • Zu dem Zeitpunkt t1 ist der angeforderte Spülbetrag RSBA kleiner als der obere Grenzwert L. Aus diesem Grund wird zu dem Zeitpunkt t1 der eingestellte Spülbetrag SSBA auf den angeforderten Spülbetrag RSBA eingestellt. In der Spülzeit der Zeitpunkte t1 bis t2 wurde das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFlean (beispielsweise 14,65) nicht durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor 41 erfasst, sondern der eingestellte Spülbetrag SSBA war kleiner als der obere Grenzwert L, so dass der obere Grenzwert L beibehalten wird.
  • Zu dem Zeitpunkt t3 ist der angeforderte Spülbetrag RSBA größer als der obere Grenzwert L. Aus diesem Grund wird zu dem Zeitpunkt t3 der eingestellte Spülbetrag SSBA auf den oberen Grenzwert L eingestellt. Zu dem Spülzeitpunkt von den Zeitpunkten t3 bis t4 , unabhängig von der Steuerung des Ventilüberschneidungsbetrags, so dass der Spülbetrag der obere Grenzwert L wird, wurde das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFlean nicht durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor 41 erfasst, so dass zu dem Zeitpunkt t4 nach dem Ende des Spülens der obere Grenzwert L erhöht wird.
  • Zu dem Zeitpunkt t5 ist der angeforderte Spülbetrag RSBA kleiner als der erhöhte obere Grenzwert L. Aus diesem Grund wird zu dem Zeitpunkt t5 der eingestellte Spülbetrag SSBA auf den angeforderten Spülbetrag RSBA eingestellt. In der Spülzeit der Zeitpunkte ts bis t6 , wird das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFlean nicht durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor 41 während dem Spülen erfasst, sondern der eingestellte Spülbetrag SSBA war kleiner als der obere Grenzwert L, so dass der obere Grenzwert L beibehalten wird.
  • Zu dem Zeitpunkt t7 ist der angeforderte Spülbetrag RSBA größer als der obere Grenzwert L. Aus diesem Grund wird zu dem Zeitpunkt t7 der eingestellte Spülbetrag SSBA auf den oberen Grenzwert L eingestellt. In dem in 9 dargestellten Beispiel ändert sich zu dem Zeitpunkt t8 während dem Spülen das stromabwärtsseitige Sensorausgabeluftkraftstoffverhältnis AFdwn auf das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFlean oder mehr. Aus diesem Grund wird zu dem Zeitpunkt t8 die Ventilüberschneidung derart gesteuert, um den eingestellten Spülbetrag SSBA deutlich zu verringern, womit zusammen der Spülbetrag kleiner wird. Zu dem Zeitpunkt t8 wird zudem der obere Grenzwert L reduziert. Es sei angemerkt, dass, solange der obere Grenzwert L vor dem nächsten Spülen verringert wird, der obere Grenzwert L nach dem Ende des Spülens verringert werden kann, d.h. von dem Zeitpunkt t9 an.
  • Es sei angemerkt, dass in der vorliegenden Ausführungsform nachdem sich das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFdwn des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 zu dem mager beurteilten Luftkraftstoffverhältnis AFlean oder mehr ändert, der eingestellte Spülbetrag SSBA verringert wird. Das kommt daher, da manchmal, selbst wenn NOx nicht aus dem stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysator 20 strömt, das Luftkraftstoffverhältnis des ausströmenden Abgases am Ende leicht von dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis abweicht. Umgekehrt wird das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFlean zu dem Luftkraftstoffverhältnis eingestellt, welches das Luftkraftstoffverhältnis des ausströmenden Abgases nicht erreichen wird, wenn NOx nicht aus dem stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysators 20 strömt.
  • Zu dem Zeitpunkt t10 ist der angeforderte Spülbetrag RSBA größer als der verringerte obere Grenzwert L. Aus diesem Grund wird zu dem Zeitpunkt t10 der eingestellte Spülbetrag SSBA auf den oberen Grenzwert L eingestellt. In dem in 9 gezeigten Beispiel verändert sich zu dem Zeitpunkt t11 während dem Spülen das stromabwärtsseitige Sensorausgabeluftkraftstoffverhältnis AFdwn auf das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFlean oder mehr. Aus diesem Grund wird zu dem Zeitpunkt t11 die Ventilüberschneidung derart gesteuert, um den eingestellten Spülbetrag SSBA deutlich zu verringern, womit zusammen der Spülbetrag kleiner wird. Zu dem Zeitpunkt t11 wird zudem der obere Grenzwert L verringert.
  • Zu dem Zeitpunkt t13 ist der angeforderte Spülbetrag RSBA größer als der obere Grenzwert L. Aus diesem Grund wird zu dem Zeitpunkt t13 der eingestellte Spülbetrag SSBA auf den oberen Grenzwert L eingestellt. In der Spülzeit der Zeitpunkte t13 bis t14 wurde, unabhängig von der Steuerung des Ventilüberschneidungsbetrags, so dass der Spülbetrag der obere Grenzwert L wird, das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFlean nicht durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor 41 erfasst, so dass der obere Grenzwert L zu dem Zeitpunkt t14 erhöht wird, nachdem das Spülen geendet hat. Danach wird ebenso eine Steuerung ähnlich zu dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t14 durchgeführt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform, wird zudem selbst während dem Spülen, die oben beschriebene Grundluftkraftstoffverhältnissteuerung durchgeführt. Während dem Spülen wird der Betrag des Kraftstoffs, welcher der Brennkammer zugeführt, derart gesteuert, dass das Durchschnittsluftkraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases, welches den Spülbetrag enthält, das Soll-Luftkraftstoffverhältnis wird. In diesem Fall, wenn das Soll-Luftkraftstoffverhältnis von dem fett eingestellten Luftkraftstoffverhältnis auf das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis gewechselt wird, wird das fette Luftkraftstoffverhältnis durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor 41 erfasst. In 9 jedoch wird um das Verständnis zu vereinfachen, in dem Zeitdiagramm des stromabwärtsseitigen Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFdwn, ein Luftkraftstoffverhältnis, das fetter als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist, nicht dargestellt ist.
  • Steuerprogramm des Steuerns des Spülbetrags
  • Mit Bezug auf das Flussdiagramm aus 10 wird anschließend eine Steuerung des Spülbetrags im Detail erklärt werden. 10 ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerprogramm der Steuerung des Spülbetrags in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das dargestellte Steuerprogramm wird ausgeführt, wenn ein Spülen veranlasst wird.
  • Bei Schritt S1 wird zuerst festgestellt, ob der angeforderte Spülbetrag RSBA der obere Grenzwert L des Spülbetrags oder mehr ist. Der Anfangswert des oberen Grenzwerts L wird zu einem Wert gemacht, so dass NOx nicht aus dem stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysator 20 aufgrund des Spülens ausströmt, wenn der stromaufwärtsseitige Auslassreinigungskatalysator 20 noch nicht verwendet wird.
  • Der angeforderte Spülbetrag RSBA wird beispielsweise auf Basis eines als Funktion der Drehzahl und des angefragten Moments gezeigten Kennfelds berechnet. In dem obigen Kennfeld wird genauer der angeforderte Spülbetrag RSBA derart dargestellt, dass er größer wird, je kleiner die Drehzahl ist und derart dargestellt, dass er größer wird, je höher das angeforderte Moment wird. Es sei angemerkt, dass die Drehzahl auf Basis der Ausgabe des Kurbelwinkelsensors 44 berechnet wird. Zudem wird das angeforderte Moment auf Basis der Ausgabe des Lastsensors 43 berechnet, der mit dem Gaspedal 42 verbunden ist.
  • Wenn bei Schritt S1 festgestellt wird, dass der angeforderte Spülbetrag RSBA kleiner als der obere Grenzwert L ist, dann führt das Programm mit Schritt S2 fort. Bei Schritt S2 wird der eingestellte Spülbetrag SSBA auf den angeforderten Spülbetrag RSBA eingestellt. Nach Schritt S2 fährt das Programm mit Schritt S4 fort. Auf der anderen Seite, wenn bei Schritt S1 festgestellt wird, dass der angeforderte Spülbetrag RSBA der obere Grenzwert L oder mehr ist, fährt das Programm mit Schritt S3 fort. Bei Schritt S3 wird der eingestellte Spülbetrag SSBA auf den oberen Grenzwert L eingestellt. Nach Schritt S3 fährt das Programm mit Schritt S4 fort.
  • Bei Schritt S4 wird ein Spülen veranlasst und der Ventilüberschneidungsbetrag wird derart gesteuert, dass der Spülbetrag der eingestellte Spülbetrag SSBA wird, der bei Schritt S2 oder Schritt S3 eingestellt wird.
  • Bei Schritt S5 wird anschließend festgestellt, ob das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFdwn des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFlean oder mehr ist. Das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFdwn des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 wird von dem stromabwärtsseitigem Luftkraftstoffverhältnissensor 41 erfasst. Das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFlean ist ein vordefiniertes Luftkraftstoffverhältnis, das leicht magerer als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist (beispielsweise 14,65).
  • Wenn bei Schritt S5 festgestellt wird, dass das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFdwn des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFlean oder mehr ist, d.h., wenn sich während dem Spülen, das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFdwn des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 auf das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFlean oder mehr verändert, fährt das Programm bei Schritt S6 fort.
  • Bei Schritt S6 wird der eingestellte Spülbetrag SSBA stark verringert, um so das Ausströmen von NOx von dem stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysator 20 zu verhindern. Daher wird der Ventilüberlappungsbetrag derart kleiner eingestellt, dass der Spülbetrag kleiner wird, auf Basis des verringert eingestelltem Spülbetrags SSBA. Bei Schritt S6 wird beispielsweise der bei Schritt S2 oder S3 eingestellte Spülbetrag SSBA minus eines vordefinierten Werts „a“ als der neue eingestellte Spülbetrag SSBA eingestellt. Der vordefinierte Wert „a“ ist ein vordefinierter positiver Betrag. Bei Schritt S6 kann zudem der eingestellte Spülbetrag SSBA, der bei Schritt S2 oder Schritt S3 eingestellt wird, der mit einem Koeffizienten „b“ multipliziert wird, als der neu eingestellte Spülbetrag SSBA eingestellt werden. Der Koeffizient „b“ ist ein vordefinierter positiver Betrag weniger als 1. Der verringert eingestellte Spülbetrag SSBA wird zu ¾ oder weniger des oberen Grenzwerts L, vorzugsweise ½ oder weniger, oder noch bevorzugter 1/5 oder weniger eingestellt, um das Ausströmen von NOx schnell zu verhindern.
  • Anschließend wird bei Schritt S7 der obere Grenzwert L derart verringert, so dass das Ausströmen von NOx von dem stromaufwärtsseitigem Auslassreinigungskatalysator 20 beim nächsten Spülen und so weiter verhindert wird. Bei Schritt S7 wird beispielsweise der aktuelle Grenzwert L minus eines vordefinierten Werts „c“ als der neue obere Grenzwert L eingestellt. Der vordefinierte Wert „c“ ist ein vordefinierter positiver Betrag. Bei Schritt S7 wird zudem der aktuelle obere Grenzwert L, der mit den Koeffizienten „ d“ multipliziert wird, als der neue obere Grenzwert L eingestellt. Der Koeffizient „d“ ist ein vordefinierter positiver Betrag weniger als 1 (beispielsweise 0,9). Nachdem der obere Grenzwert L bei Schritt S7 aktualisiert wurde, wird das vorliegende Steuerprogramm beendet.
  • Auf der anderen Seite, wenn bei Schritt S5 festgestellt wird, dass das Ausgabeluftkraftstoffverhältnis AFdwn des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 kleiner als das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFlean ist, fährt das Programm mit Schritt S8 fort. Bei Schritt S8 wird festgestellt, ob das Spülen geendet hat.
  • Wenn bei Schritt S8 festgestellt wurde, dass das Spülen nicht beendet wurde, kehrt das Programm auf Schritt S5 zurück und Schritt S6 wird wiederholt. Es sei angemerkt, dass tatsächlich eine Verzögerung vom Spülen bis, wenn die geblasene Luft den stromaufwärtsseitige Luftkraftstoffverhältnissensor 40 und den stromaufwärtsseitigen Auslassreinigungskatalysator 20 erreicht, auftritt. Aus diesem Grund kann Schritt S5 bis zum Endpunkt des Spülens plus einer Verzögerung wiederholt werden.
  • Auf der anderen Seite, wenn bei Schritt S8 festgestellt wird, dass das Spülen beendet wurde, d.h., wenn das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFlean nicht durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor 41 aufgrund des Spülens erfasst wurde, fährt das Programm mit Schritt S9 fort. Bei Schritt S9 wird festgestellt, ob der eingestellte Spülbetrag SSBA während dem Spülen der obere Grenzwert L war. Wenn festgestellt wird, dass der eingestellte Spülbetrag SSBA während dem Spülen nicht der obere Grenzwert L war, fährt das Programm mit Schritt S10 fort. Bei Schritt S10 wird der obere Grenzwert L bei dem aktuellen Wert gehalten. Nach Schritt S10 wird das vorliegende Steuerprogramm beendet.
  • Auf der anderen Seite, wenn bei Schritt S9 festgestellt wird, dass der eingestellte Spülbetrag SSBA während dem Spülen der obere Grenzwert L war, fährt das Programm mit Schritt S11 fort.
  • Bei Schritt S11 unabhängig von der Steuerung des Ventilüberschneidungsbetrags, so dass der Spülbetrag der obere Grenzwert L wird, wurde das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFlean nicht durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffsensor 41 erfasst, so dass sich der obere Grenzwert L erhöht. Bei Schritt S11 wird beispielsweise der aktuelle obere Grenzwert L plus einen vordefinierten Wert „e“ als der neue obere Grenzwert L eingestellt. Der vordefinierte Wert „e“ ist ein vordefinierter positiver Betrag. Bei Schritt S11 kann der aktuelle obere Grenzwert L, der mit einem Koeffizienten „f“ multipliziert wird, als der neue obere Grenzwert L eingestellt werden. Der Koeffizient „f“ ist ein vordefinierter positiver Betrag größer 1 (beispielsweise 1,1). Es sei angemerkt, dass der obere Grenzwert L beibehalten werden kann, wenn das Soll-Luftkraftstoffverhältnis während dem Spülen nur auf das fett eingestellte Luftkraftstoffverhältnis eingestellt wurde, während der obere Grenzwert L nur erhöht werden kann, wenn das Soll-Luftkraftstoffverhältnis während dem Spülen auf das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis eingestellt wurde. D.h., die Spülsteuervorrichtung kann den oberen Grenzwert erhöhen, wenn das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis AFlean nicht durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor 41 erfasst wurde, unabhängig von der Steuerung des Ventilüberschneidungsbetrag, so dass der Spülbetrag der obere Grenzwert L wird, während das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis eingestellt wird. Nachdem der obere Grenzwert L bei Schritt S11 aktualisiert wird, wird das vorliegende Steuerprogramm beendet.
  • Es sei angemerkt, dass alle der oben genannten Steuerprogramme durch die ECU 31 der Verbrennungsmaschine 100 gesteuert werden.
  • Oben wurden die bevorzugten Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung erklärt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und kann auf verschiedene Weisen innerhalb des Bereichs der Ansprüche verändert und modifiziert werden.
  • Beispielsweise ist es auch möglich den stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor 40 nicht zu verwenden, sondern das Luftkraftstoffverhältnis auf Basis nicht nur der Ausgabe des stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 41 zu steuern. In diesem Fall wird anstelle der Feedbacksteuerung des Betrags des Kraftstoffs, das der Brennkammer 5 zugeführt wird, auf Basis der Ausgabe des stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensors 40, der Betrag von Kraftstoff, welcher der Brennkammer 5 zugeführt wird, derart gesteuert, dass das Verhältnis von Kraftstoff und Luft, das der Brennkammer 5 zugeführt wird, mit dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis übereinstimmt. Der Betrag von Kraftstoff, der aus dem Betrag von Ansaugluft und dem Soll-Luftkraftstoffverhältnis berechnet wird, wird der Brennkammer 5 zugeführt. Es sei angemerkt, dass, wenn der stromaufwärtsseitige Luftkraftstoffverhältnissensor 40 nicht verwendet wird, der/das Sauerstoffüberschuss/-defizit OED, das zum Einstellen des Soll-Luftkraftstoffverhältnisses verwendet wird, beispielsweise durch die folgende Formel (2) berechnet wird. OED = 0,23 × ( TAF − AFR ) × Qi
    Figure DE102016107199B4_0002
  • Dabei kennzeichnet 0,23 die Konzentration von Sauerstoff in der Luft, Qi kennzeichnet den Kraftstoffeinspritzbetrag, TAF kennzeichnet das Soll-Luftkraftstoffverhältnis und AFR kennzeichnet das Luftkraftstoffverhältnis, welches das Steuerzentrum bildet (in der vorliegenden Ausführungsform das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis (14,6)).
  • Während dem Spülen wird der Betrag von Kraftstoff, welches der Brennkammer 5 zugeführt wird, derart gesteuert, dass das Durchschnittluftkraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases, eingeschlossen dem Spülbetrag, das Soll-Luftkraftstoffverhältnis wird. Selbst wenn jedoch eine derartige Steuerung durchgeführt wurde, erreicht während dem Spülen die Luft, die durch die Auslasspassage geblasen wird, und unverbrannter Kraftstoff wechselnd den Auslassreinigungskatalysator, wodurch der Auslassreinigungskatalysator nicht effektiv das Abgas reinigen kann und erwartet wird, dass sich die Abgasemission verschlechtert. In diesem Fall jedoch ist es ebenso möglich durch Durchführen der Steuerung des Spülbetrags in der vorliegenden Ausführungsform, eine Verschlechterung der Abgasemission, welche das Spülen begleitet, zu verhindern, ohne übermäßig den Spülbetrag zu beschränken.
  • In der oben benannten Steuerung des Luftkraftstoffverhältnisses wird zudem das Soll-Luftkraftstoffverhältnis wechselnd auf das fett eingestellte Luftkraftstoffverhältnis und das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis eingestellt, aber es kann beispielsweise auch bei dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis gehalten werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1:
    Maschinenkörper
    5:
    Brennkammer
    6:
    Einlassventil bzw. Ansaugventil
    8:
    Auslassventil
    18:
    Drosselventil
    20:
    stromaufwärtsseitiger Auslassreinigungskatalysator
    24:
    stromabwärtsseitiger Auslassreinigungskatalysator
    31:
    ECU
    40:
    stromaufwärtsseitiger Luftkraftstoffverhältnissensor
    41:
    stromabwärtsseitiger Luftkraftstoffverhältnissensor
    100:
    Verbrennungsmaschine
    101:
    Turbolader (Lader)
    B, C
    variabler Ventilzeitmechanismus

Claims (4)

  1. Verbrennungsmaschine, aufweisend: einen Lader (101), der einen Druck einer der Brennkammer (5) zugeführten Luft verändern kann, einen variablen Ventilzeitmechanismus (B, C), der einen Ventilüberschneidungsbetrag eines Einlassventils (6) und eines Auslassventils (8) verändern kann, einen Katalysator (20), der in einer Auslasspassage angeordnet ist und Sauerstoff speichern kann, einen stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor (41), der an einer stromabwärtsgelegenen Seite des Katalysators (20) in einer Auslassströmungsrichtung angeordnet ist, und ein Luftkraftstoffverhältnis von ausströmendem Abgas, das von dem Katalysator (20) ausströmt, erfassen kann, und eine Spülsteuervorrichtung, die einen Spülbetrag durch Steuern des Ventilüberschneidungsbetrags durch den variablen Ventilzeitmechanismus (B, C) steuern kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülsteuervorrichtung den Ventilüberschneidungsbetrag reduziert, wenn sich ein durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor (41) erfasstes Luftkraftstoffverhältnis von einem niedrigeren als einem mager beurteilten Luftkraftstoffverhältnis, das magerer als ein stöchiometrisches Luftkraftstoffverhältnis ist, auf das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis oder mehr während dem Spülen verändert, wobei die Spülsteuervorrichtung: den Ventilüberschneidungsbetrag derart steuert (S3), dass der Spülbetrag (SSBA) ein oberer Grenzwert (L) oder weniger wird, den oberen Grenzwert senkt (S7), wenn während dem Spülen ein Luftkraftstoffverhältnis durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor (41) erfasst wird, welches das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis (AFlean) oder mehr ist, und den oberen Grenzwert beibehält (S5 -> S10) oder erhöht (S5 -> S11), wenn während dem Spülen kein Luftkraftstoffverhältnis durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor (41) erfasst wurde, welches das mager beurteilte Luftkraftstoffverhältnis oder mehr ist.
  2. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1, weiter aufweisend einen stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor (40), der an einer stromaufwärtsgelegenen Seite des Katalysators (20) in der Auslassströmungsrichtung angeordnet ist und ein Luftkraftstoffverhältnis von einströmendem Abgas erfassen kann, das in den Katalysator strömt, und eine Luftkraftstoffverhältnissteuervorrichtung, die einen Betrag von Kraftstoff steuert, das der Brennkammer (5) durch eine Feedbacksteuerung zugeführt wird, so dass ein durch den stromaufwärtsseitigen Luftkraftstoffsensor (40) erfasstes Luftkraftstoffverhältnis mit einem Soll-Luftkraftstoffverhältnis übereinstimmt.
  3. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 2, wobei das Soll-Luftkraftstoffverhältnis wechselnd auf ein fett eingestelltes Luftkraftstoffverhältnis, das fetter als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist, und ein mager eingestelltes Luftkraftstoffverhältnis eingestellt wird, das magerer als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist, und die Luftkraftstoffverhältnissteuervorrichtung das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis einstellt, wenn ein durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor (41) erfasstes Luftkraftstoffverhältnis, ein fett beurteiltes Luftkraftstoffverhältnis wird, das fetter als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist, oder in der Fett-Steuerung niedriger wird, in der das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf das fett eingestellte Luftkraftstoffverhältnis eingestellt wird, und das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf das Fett-eingestellte-Luftkraftstoffverhältnis wechselt, wenn geschätzt wird, dass der Sauerstoffspeicherbetrag des Katalysators (20) ein Wechselreferenzspeicherbetrag wird, der kleiner als ein maximal speicherbarer Sauerstoffbetrag ist, oder in der Mager-Steuerung mehr wird, in der das Soll-Luftkraftstoffverhältnis auf das mager eingestellte Luftkraftstoffverhältnis eingestellt wird.
  4. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1, wobei die Spülsteuervorrichtung den oberen Grenzwert erhöht, wenn ein Luftkraftstoffverhältnis des mager beurteilten Luftkraftstoffverhältnisses oder mehr nicht durch den stromabwärtsseitigen Luftkraftstoffverhältnissensor (41) erfasst wurde, unabhängig einer Steuerung des Ventilüberschneidungsbetrags derart, dass der Spülbetrag der obere Grenzwert wird.
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